DE102022200183A1

DE102022200183A1 - Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle

Info

Publication number: DE102022200183A1
Application number: DE102022200183.4A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kriesten; Michael Weber; Yannick Rauch; Philipp Nenninger
Original assignee: Hochschule Karlsruhe Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Hochschule Karlsruhe Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads (102) mit einem Elektromotor (104) und mit einer Versorgungsenergiequelle (106) vorgeschlagen. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Eingabeeinrichtung (112) zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung, eine erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke, eine zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106) des Fahrrads (102), und eine Regelungseinrichtung (122). Die Regelungseinrichtung (122) ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Weiterhin wird ein Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads (102) mit einem Elektromotor (104) und mit einer Versorgungsenergiequelle (106) vorgeschlagen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrrad mit einem Elektromotor, einer Versorgungsenergiequelle und einer solchen Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle.
Technischer Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind Fahrräder mit einem Elektromotor und einer Versorgungsenergiequelle bekannt. Derartige Fahrräder, welche den Antrieb durch einen Elektromotor unterstützen, sind sogenannte Pedelecs oder S-Pedelecs. Pedelecs mit einer Unterstützung bis 25 km/h gelten als Fahrrad. S-Pedelecs mit einer Unterstützung bis 45 km/h gelten als Leichtkraftrad. Bei der Versorgungsenergiequelle handelt es sich üblicherweise um einen Akkumulator, auch kurz Akku genannt.
Die EP 2 644 492 A1 beschreibt ein motorunterstütztes Fahrrad, das einen Trittkraftsensor, der eine an einem Pedal erzeugte Trittkraft erfasst, einen Unterstützungsbetrag-Steuer-/Regelteil, der ein Unterstützungsbetrag-Korrekturmittel umfasst, das die Schätzung der Ermüdung eines menschlichen Körpers durchführt und eine Unterstützungskraft entsprechend einer Ausgabe des Trittkraftsensors bestimmt, und einen Motor umfasst, der die Unterstützungskraft erzeugt und eine Antriebskraft unterstützt. Das motorunterstützte Fahrrad umfasst weiterhin einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst. Der Unterstützungsbetrag- Steuer-/Regelteil umfasst einen Basisunterstützungsbetrag-Einstellteil, der durch Berechnung einen Basisunterstützungsbetrag basierend auf der Trittkraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellt, und ein Ermüdungslevel-Schätzteil, das die Erhöhungs-/Verringerungskorrektur des Basisunterstützungsbetrags durch Schätzen eines Ermüdungslevels eines Fahrers durchführt.
Die US 2018/056812 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern eines Elektromotors in einem motorunterstützten, pedalbetriebenen oder handgekurbelten Fahrzeug. Die Vorrichtung umfasst einen Prozessor, der ausgebildet ist, um einen Wert für die auf das Fahrzeug wirkende Nettogegenkraft zu berechnen, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Beschleunigungsmesser zum Messen einer Komponente der Fahrzeugbeschleunigung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs, einen Luftdrucksensor, der den Luftdruck in Fahrtrichtung misst, einen Sensor, der die Kraftabgabe des Elektromotors misst, und einen Leistungsunterstützungsprozessor, der eine von einem Elektromotor zu liefernde Leistungsmenge gemäß gemessenen Werten für Geschwindigkeit, Beschleunigung, Luftdruck und Leistung, die von einer das Fahrzeug fahrenden Person bereitgestellt wird, berechnet.
Die EP 3 377 400 A1 beschreibt ein Verwaltungsverfahren für die Energiereichweite eines wiederaufladbaren Batteriepacks eines Elektrofahrrads mit Tretunterstützung, das eine elektrische Maschine umfasst, die zum Liefern eines Drehmoments gemäß einem Tretunterstützungsfaktor steuerbar ist, wobei das Drehmoment zu dem von einem Radfahrer durch das Treten erzeugte Drehmoment addiert wird, wobei das Verwaltungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Auswählen einer von dem Elektrofahrrad zu fahrenden Route ausgehend von einer Anfangsposition; b) Erhalten von Daten, die für das Höhenprofil der ausgewählten Route repräsentativ sind, und Unterteilen der Route in eine Vielzahl von Segmenten, von denen jedes durch einen entsprechenden Höhenparameter gekennzeichnet ist; c) Berechnen eines Werts, der mit dem maximalen Prozentsatz der Entladung des Batteriepacks auf der ausgewählten Route als Funktion des Höhenprofils und eines Grenzpedalunterstützungsfaktors korreliert ist, vorzugsweise Berechnen eines Wertes für jedes Segment, der für den Prozentsatz der Batterie repräsentativ ist Entladung des Packs auf dem Segment als Funktion eines Grenzunterstützungsfaktors, der jedem Segment zugeordnet ist, basierend auf dem dem Segment zugeordneten Höhenparameter; d) Verifizieren, ob der Batteriepack am Ende der Route eine positive Restladung aufweist oder nicht; wobei, wenn nach Schritt d) des Verifizierens bestimmt wird, dass der Batteriepack am Ende der Route keine positive Restladung aufweist, dann das Verwaltungsverfahren iterativ die Schritte c) und d) des Modifizierens des Grenzunterstützungsfaktor basierend auf einer oder mehreren Anpassungskurven wiederholt, die es jeweils ermöglichen, einen neuen Grenzunterstützungsfaktor für jedes Segment als Funktion der Segmentsteigung zu erhalten.
Die WO 2012/172227 A1 beschreibt ein Verfahren zum Energiemanagement in einem elektrisch unterstützten Fahrzeug mit folgenden Schritten: a) Ermitteln der für eine Fahrt benötigten Gesamtenergiemenge; und b) Zuordnen einer Menge an elektrischer Energie zu der Fahrt und Ableiten daraus der für die Fahrt benötigten Menge an menschlicher Energie oder Zuordnen einer Menge an menschlicher Energie zu der Fahrt und Ableiten der für die Fahrt benötigten Menge an elektrischer Energie auf dieser Basis.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Fahrräder mit Unterstützung des Antriebs durch einen Elektromotor beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial.
Der Fahrer eines E-Bikes muss somit auf Grundlage einfacher Reichweitenvorhersagen, welche entweder generisch gehalten oder spezifisch für eine bestimmte Unterstützungsintensität sind, sowie ggf. der eigenen persönlichen Erfahrung beurteilen, ob die Energie im Akku für die gewünschte Fahrt ausreicht und wie die Unterstützung jeweils zu verwenden ist. Dabei sind die zu beachtenden Zusammenhänge nur schwer abzuschätzen. Mit anderen Worten basieren die bisher bekannten Systeme und Vorrichtungen auf Erfahrungen und Schätzungen der jeweiligen Nutzer und sind damit auch nicht einfach auf andere Personen übertragbar. Insbesondere bei reichweitenkritischen Fahrten kann ohne technische Hilfestellung oder Beurteilung der Strecke nur schwer das jeweils richtige Maß an Unterstützung gefunden werden.
Aufgabe der Erfindung
Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung zum Regeln einer Versorgungsenergie und ein Fahrrad bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen zum Regeln einer Versorgungsenergie und Fahrräder zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere soll durch die Erfindung die Unterstützung des Pedelecs/S-Pedelecs so über die zu fahrende Strecke hinweg verteilt werden, dass der Fahrer mit einer möglichst angemessenen Anstrengung das gewünschte Ziel erreichen kann. So soll die Fahrstrecke mit optimaler Unterstützung des Elektromotors absolviert werden können, so dass eine gleichmäßige, nicht überlastende körperliche Anstrengung infolge nahezu vollständiger Nutzung der Akkuladung erfolgt. Ein Ausfall der Unterstützung aufgrund leerer Versorgungsenergiequelle vor Zielorterreichung soll damit einerseits vermieden werden, andererseits der Fahrer sich aber nicht überlasten und dann am Zielort mit signifikant ungenutzter Kapazität der Versorgungsenergiequelle ankommen.
Ein Beispiel hierfür ist die Fahrt auf einer hügeligen Strecke, welche mit einem Anstieg beginnt, im Mittelteil abfallend, bzw. flach ist und zum Ende hin einen steilen Anstieg aufweist. Die Erfindung ist dabei in der Lage, die Energie für den Antrieb selbstständig so einzuteilen, dass für den Schlussanstieg noch ausreichend Energie für eine angemessene Unterstützungsnutzung vorhanden ist und die Energie nicht bereits während des ersten Anstiegs durch eine übermäßige Nutzung der Unterstützung aufgebraucht wird und dazu führt, dass der Fahrer auf dem letzten Streckenabschnitt übermäßig belastet wird oder im schlimmsten Fall das gewünschte Ziel aus eigener Kraft nicht erreichen kann. Stattdessen kann die Unterstützung so eingeteilt werden, dass die Anstrengung im ersten Teil der Strecke zwar erhöht ist, dafür für den Schlussanstieg noch ausreichend Unterstützung zur Verfügung steht und die Fahrt damit bezogen auf die Anstrengung des Fahrers ausgeglichener wird. So soll die Vorrichtung einem Fahrer des Fahrrads eine Fahrt mit einer möglichst angemessenen Anstrengung ermöglichen. Insbesondere bei „Fahrten mit knapper Energie“ soll die in der entsprechenden Versorgungsenergiequelle bzw. Speichereinheit vorhandene Energie bedarfsgerecht über die gesamte noch zu fahrende Strecke verteilt werden. Dabei soll die Anstrengung des Fahrers über den gesamten Fahrtverlauf in einem möglichst angemessenen Bereich gehalten werden. Auch bei ausreichend vorhandener Energie für die Unterstützung soll sichergestellt werden, dass sich ein angenehmes Fahrerlebnis einstellt und gleichzeitig die elektrische Energie möglichst effizient verwendet wird, da die Unterstützung immer in entsprechend ausreichender Höhe zur Verfügung steht und so eine übermäßige Verwendung der Unterstützung vermieden werden kann.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird adressiert durch Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads und einem Fahrrad mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf”, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher eine Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Regelungseinrichtung auf. Die Regelungseinrichtung ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Der Begriff „Regeln“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Vorgang beziehen, bei dem fortlaufend eine Größe, die Regelgröße, erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Kennzeichen für das Regeln ist der geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelgröße im Wirkungsweg des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst. Ein technischer Regelvorgang ist eine gezielte Beeinflussung von physikalischen, chemischen oder anderen Größen in technischen Systemen. Die sogenannten Regelgrößen sind dabei auch beim Einwirken von Störungen entweder möglichst konstant zu halten (Festwertregelung) oder so zu beeinflussen, dass sie einer vorgegebenen zeitlichen Änderung folgen (Folgeregelung). Das Regelprinzip ist der Soll-Istwertvergleich der Führungsgröße mit der negativ zurückgeführten gemessenen Regelgröße. Der Regler bestimmt über die Regelabweichung (Regeldifferenz) und den vorgegebenen Regelparametern eine Stellgröße. Diese wirkt über die Regelstrecke so auf die Regelgröße ein, dass sie die Regelabweichung trotz vorhandener Störgrößen minimiert und die Regelgröße je nach gewählten Gütekriterien ein gewünschtes Zeitverhalten annimmt. Bekannte Anwendungen im Haushalt sind die Konstant-Temperaturregelung für die Raumluft (Heizungsregelung), für die Luft im Kühlschrank oder für das Bügeleisen. Mit dem Tempomat wird die Fahrgeschwindigkeit im Kraftfahrzeug konstant gehalten.
Der Begriff „prädiktiven“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf die Eigenschaft beziehen, hinweisend, prognostisch, vorhersagbar, vorhersagend, vorhersehend und/oder voraussehbar zu sein. Insbesondere bezieht sich der Begriff im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Regelung der Versorgungsenergie derart erfolgt, dass die vor Fahrtbeginn eingegebene gewünschte Fahrstrecke mit der aktuell zur Verfügung stehenden Versorgungsenergie inklusive einer vorbestimmten Sicherheitsreserve der Kapazität und unter Berücksichtigung von Streckenparametern realisierbar bzw. für den Fahrer bewältigbar ist. Mit anderen Worten wird vorrausschauend ermittelt, ob eine gewünschte Fahrstrecke mit der zur Verfügung stehenden Versorgungsenergie inklusive einer vorbestimmten Sicherheitsreserve der Kapazität und unter Berücksichtigung von Streckenparametern für den Fahrer sowie optional eines vom Fahrer eingegebenen gewünschten Anstrengungsniveaus fahrbar ist.
Der Begriff „Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Energiequelle beziehen, die eingerichtet ist, um den Elektromotor des Fahrrads mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere kann es sich bei der Energieversorgungsquelle um einen Akkumulator, einen Leistungsspeicher oder eine Kombination aus beiden handeln.
Der Begriff „Fahrstrecke“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Strecke oder Route von einem Anfangspunkt zu einem Zielpunkt beziehen. Der Verlauf der Strecke kann dabei mittel Koordinaten, wie beispielsweise GPS-Koordinaten, gekennzeichnet sein.
Der Begriff „Ermittlungseinrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Einrichtung beziehen, die eingerichtet ist zum Erwerben von Daten. Die Daten können dabei mittels Rechnen bzw. Berechnungen oder mittels Abfragen ermittelt werden.
Der Begriff „Streckenparameter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Parameter oder Daten beziehen, die eine Strecke oder damit im Zusammenhang stehende Umweltbedingungen charakterisieren. Zu den Streckenparametern gehören insbesondere aber nicht ausschließlich das Höhenprofil einer Strecke, Informationen zum Untergrund bzw. zur Untergrundbeschaffenheit der Strecke, das Wetter entlang der Strecke, wobei das Wetter insbesondere die Temperatur, Windstärke, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Regenwahrscheinlichkeit umfasst.
Der Begriff „Regelungseinrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Einrichtung beziehen, die eingerichtet ist zum Regeln von bestimmten Vorgängen oder Prozessen.
Der Begriff „Unterstützungskraft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Kraft beziehen, mit der der Fahrer des Fahrrads vom Elektromotor beim Treten unterstützt wird.
Der Begriff „Kapazität der Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Kennwert für den Ladezustand der Versorgungsenergiequelle beziehen. Der Ladezustand, state of charge genannt, beschreibt die aktuelle Kapazität einer Batterie oder eines Akkumulators als Prozentangabe im Verhältnis zu ihrer bzw. seiner maximalen Kapazität. Ein Ladezustand von 50 Prozent bedeutet, dass eine Batterie bzw. ein Akkumulator (noch) halb voll (oder halb aufgeladen) ist.
Der Begriff „vorbestimmter Anteil der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen vorbestimmten Anteil eines aktuellen Ladezustands der Versorgungsenergiequelle beziehen. Dieser vorbestimmte Anteil berücksichtigt, dass für eine Fahrt nur ein vorbestimmter Anteil der tatsächlich verfügbaren Energiemenge verwendet wird. Dabei berücksichtigt dieser vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität eine vorbestimmte Menge an Restenergie bzw. Sicherheitsreserve, die vorgehalten wird. Statt der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle soll somit bei Zielankunft eine definierte und ggf. veränderliche Restenergiemenge zur Verfügung stehen. Es darf also nur eine gewisse Energiemenge für die Fahrt verwendet werden, welche Teilmenge der aktuell verfügbaren Gesamtenergiemenge ist. Beispielsweise soll 20% Restenergie aufgespart werden. Diese Restenergie wird bei der Regelung der Unterstützung von der aktuellen Kapazität abgezogen. Beträgt beispielsweise die aktuelle Kapazität 80% und wird eine Restenergie von 20 % vorgehalten, beträgt der vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität 80 % - 20 % = 60 %, der für die Regelung der Unterstützung verwendet wird. Mit anderen Worten wird statt der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle nur ein Teil dieser Energiemenge für die Fahrt zur Verfügung gestellt. Da die vorgehaltene Restenergie ein vom Hersteller oder Fahrer vorgegebener Wert ist, variiert dieser nicht in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazität. Dahingegen variiert der vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität, der zur Unterstützung verwendet wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazität.
Der Begriff „Realisierbarkeit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf die Eigenschaft beziehen, ob bei einem aktuellen Ladezustand der Versorgungsenergiequelle eine vorbestimmte Fahrstrecke bei einer gewählten oder vorgegebenen Unterstützungskraft bzw. vom Fahrer eingegebener Daten wie gewünschte Anstrengung, Gewicht, Fitnesszustand und/oder Alter und dergleichen zu realisieren bzw. bewältigen ist.
Der Begriff „gewünschte Anstrengung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Klassifikation der Anstrengung beziehen. Beispielsweise lässt sich die Anstrengung in unsportlich, eher unsportlich, normal, eher sportlich und sportlich klassifizieren. Dabei gibt der Bediener vor, in welche dieser genannten Klassen er seine körperliche Konstitution bzw. Kondition einschätzt.
Der Begriff „korrigierte Anstrengung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anstrengung beziehen, die in ihrer Größenordnung von der gewünschten Abweichung abweicht und insbesondere größer als die gewünschte Anstrengung ist.
Der Begriff „Fahrrad mit Elektromotor und Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Fahrrad beziehen, welches den Antrieb durch einen Elektromotor unterstützt. Der Begriff bezieht sich insbesondere auf sind sogenannte Pedelecs oder S-Pedelecs. Pedelecs sind Fahrräder mit einer Unterstützung des Antriebs bis 25 km/h. S-Pedelecs sind Fahrräder mit einer Unterstützung des Antriebs bis 45 km/h.
Die Vorrichtung erlaubt einem Bediener des Fahrrads eine Fahrt mit einer möglichst angemessenen Anstrengung für den jeweiligen Fahrer. Insbesondere bei „Fahrten mit knapper Energie“ kann die in der entsprechenden Versorgungsenergiequelle bzw. Speichereinheit vorhandene Energie bedarfsgerecht über die gesamte noch zu fahrende Strecke verteilt werden. Dabei wird die Anstrengung des Fahrers über den gesamten Fahrtverlauf in einem möglichst angemessenen Bereich gehalten. Auch bei ausreichend vorhandener Energie für die Unterstützung wird sichergestellt, dass sich ein angenehmes Fahrerlebnis einstellt und gleichzeitig die elektrische Energie möglichst effizient verwendet wird, da die Unterstützung immer in entsprechend ausreichender Höhe zur Verfügung steht und so eine übermäßige Verwendung der Unterstützung vermieden werden kann.
Zum einen wird zumindest anhand einer Anstrengungsvorgabe für die Fahrt des jeweiligen Streckenabschnitts die Unterstützungsintensität des E-Bike-Antriebs geregelt. Die dafür notwendige Vorgabe für die Fahreranstrengung ergibt sich aus einer Optimierung der Fahreranstrengung über die zu fahrende Strecke unter Berücksichtigung der verfügbaren Energie inklusive einer vorgehaltenen Restenergie. Die Regelung der Unterstützungskraft basiert dabei auf einer Energie- und Dynamikvorhersage für die Strecke und die verschiedenen Unterstützungsszenarien. Dafür werden alle relevanten Eigenschaften der Strecke, wie beispielsweise Höhenprofil, Untergrund, Wetter, usw. sowie eingegebener Daten oder Parameter zum Fahrer und Fahrrad für die zu fahrende Strecke bestimmt. Die eingegebenen Daten bzw. Parameter umfassen dabei konstante Parameter, wie beispielsweise Unterstützungscharakteristik, usw., sowie variable Parameter, wie beispielsweise Gewicht des Fahrers optional inklusive Gepäck, maximale Kapazität der Versorgungsenergiequelle unter Berücksichtigung ihrer Alterung usw. Zudem berücksichtigt die Energie- und Dynamikvorhersage den gemeinsamen Antrieb durch Fahrer und E-Bike-Antrieb und erfolgt mit einem geeigneten Berechnungsmodell. Anhand der Vorhersage kann bestimmt werden, ob die gewünschte Anstrengung mit der vorhandenen Energiemenge realisierbar ist. Falls ja, kann diese durch die Regelung während der Fahrt umgesetzt werden. Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Damit wird sichergestellt, dass der Fahrer mit der vorhandenen Kapazität der Versorgungsenergiequelle sicher das Ziel erreicht.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal wie möglich erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads.
Da das System auch Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität berücksichtigen muss, wird die Optimierung der Anstrengung regelmäßig für die dann noch zu fahrende Strecke und der dafür zur Verfügung stehenden elektrischen Energie ausgeführt. Zur Berechnung sollen möglich viele relevante Parameter einbezogen werden, die Einfluss auf die Fahrtstrecke und Dynamik haben, wie Länge der Strecke, Steigungsverlauf, aber auch Höhenprofil, Fahrbahnbeschaffenheit, Wettersituation (Windverhältnisse) und Uhr-/Tageszeit. Beispielsweise dient die ermittelte körperliche Anstrengung dann auch während der Fahrt als Ist-Wert für den Umfang der Unterstützungsregelung, wobei die Soll-Anstrengung das Ergebnis der Betrachtung der gesamten (noch zu fahrenden) Strecke ist. Die Software setzt gegebenenfalls auch ein erforderliches höheres Anstrengungsniveau um, so dass die Akkuladung für die Unterstützung ausreichend ist, um dieses Niveau dann bis zur Ankunft am gewünschten Zielort zu halten. Ein Ausfall der Unterstützung aufgrund leeren Akkus vor Zielorterreichung soll damit einerseits vermieden werden, andererseits der Fahrer sich aber nicht überlasten und dann am Zielort mit signifikant ungenutzter Akkuladung ankommen.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads. Damit lassen sich Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität besonders gut erfassen und als Korrekturgrößen für die Regelung verwenden.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank. Dadurch wird Speicherbedarf in der Vorrichtung verringert, da nicht sämtliche Streckendaten gespeichert werden müssen, sondern nur temporär die für die vom Fahrer gewählte Route. Die Streckendaten lassen sich zudem aktuell abrufen, was Berechnungen mit veralteten Streckendaten verhindert, die die Regelung negativ beeinflussen könnten. Als eine oder mehrere Datenbanken werden bevorzugt Web-APIs verwendet.
Der Begriff „Web-API“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Programmierschnittstelle (API = Application Programming Interface) beziehen. Mit dieser API-Schnittstelle zur Anwendungsprogrammierung können zwei Anwendungen, die voneinander unabhängig sind, problemlos interagieren und Daten austauschen. Anders ausgedrückt: Eine Programmierschnittstelle dient als „Brücke“ zwischen zwei Programmen, über die Daten hin und her gesendet werden. Ein Kopieren und Einfügen der Daten ist dann nicht mehr nötig.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind. Sollten Daten für die beschriebene Funktion nicht zur Verfügung stehen, werden diese somit geschätzt oder durch repräsentative Standardwerte ersetzt.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads. Zur Verbesserung der Qualität der Regelung sind die Größen zur Messung der Fahreranstrengung, sowie die Messung der Energiemenge erforderlich, wobei diese für die ordnungsgemäße Funktion des E-Bike-Antriebssystems ohnehin zur Verfügung stehen müssen.
Die gemessene Anstrengung kann Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfassen. Der Fahrzustand kann insbesondere die Geschwindigkeit des Fahrrads umfassen. Somit wird anhand der jeweils aktuell gemessenen Anstrengung und einer Anstrengungsvorgabe für die Fahrt des jeweiligen Streckenabschnitts die Unterstützungsintensität des E-Bike Antriebs geregelt.
Die Streckenparameter können Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen. Für die Berechnung der Unterstützungskraft werden somit alle relevanten Eigenschaften der Strecke, wie beispielsweise Höhenprofil, Untergrund, Wetter, usw. für die zu fahrende Strecke bestimmt.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus. Der Algorithmus, welcher die Anstrengung des Fahrers über die zu fahrende Strecke in der Art optimiert, dass diese möglichst wenig vom Anstrengungswunsch des Fahrers abweicht, basiert dabei auf einer Energie- und Dynamikvorhersage für die Strecke und die verschiedenen Unterstützungsszenarien.
Der Begriff „Algorithmus“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems oder einer Klasse von Problemen beziehen. Algorithmen bestehen aus endlich vielen, wohldefinierten Einzelschritten. Damit können sie zur Ausführung in ein Computerprogramm implementiert, aber auch in menschlicher Sprache formuliert werden.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter. Dadurch lässt sich die Ausgabe des Algorithmus verbessern.
Die Eingabeeinrichtung kann eingerichtet sein zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad. Die Daten zum Fahrer umfassen insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers. Das Gewicht des Fahrers kann dabei auch das Gewicht von Gepäck des Fahrers umfassen. Die Daten zum Fahrrad umfassen insbesondere Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads. Somit können oder sollen Daten zu Fahrer und Fahrrad, inklusive Antriebssystem, vom Nutzer eingegeben werden. Dadurch sind die Berechnungen spezifisch für das Fahrrad, das verbaute Antriebssystem und den Fahrer. Außerdem können diese pro Fahrt individualisiert werden, um beispielsweise unterschiedliches Gepäckgewicht zu berücksichtigen.
Die Vorrichtung kann mit einem Bordcomputer des Fahrrads verbindbar oder in einen Bordcomputer des Fahrrads integrierbar sein. Entsprechend kann die Vorrichtung in einer einzigen Rechnereinheit des Fahrrads integriert sein. Alternativ lässt sich die Vorrichtung ohne großen Aufwand auch an bestehende E- Bikes nachrüsten oder anbinden. Voraussetzung ist in diesem Fall das Vorhandensein einer Schnittstelle, z.B. Bluetooth, sodass für die Datengenerierung und ggf. die Optimierungsausführung über ein Smartphone genutzt werden kann. Eine solche Schnittstelle ist zum Teil schon vorhanden oder lässt sich über einen entsprechenden Adapter, ohne großen Installationsaufwand, am E-Bike-System anbringen.
Der Begriff „Bordcomputer“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein eingebettetes System eines Fahrrads beziehen. Das Gerät dient zur Überwachung und Anzeige von Betriebs- und Umgebungszuständen sowie in manchen Fällen auch direkt der Navigation. Insbesondere bezieht sich der Begriff auf ein elektronisches Gerät zur kontinuierlichen Messung von Geschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke beim Fahrradfahren. Fast alle Fahrradcomputer haben weitere Funktionen, beispielsweise die Messung der Trittfrequenz über einen neben der Tretkurbel angebrachten Sensor, die Bestimmung der Höhe über dem Meeresspiegel (üblicherweise über eine barometrische Höhenmessung), die Messung von Steigung bzw. Gefälle inklusive Zusammenfassung der gefahrenen Höhenmeter, die Messung der Herzfrequenz über einen Brustgurt, die Schätzung der vom Fahrer verbrauchten Energie mittels Herzfrequenz unter Berücksichtigung des Geschlechts und der Körpermasse des Fahrers, die Anzeige der Uhrzeit, die Anzeige der Temperatur, die Nutzung an zwei Fahrrädern mit getrennten Kilometer- und Fahrzeitzählern, die Möglichkeit der Datenspeicherung und -übertragung auf einen PC, wodurch beispielsweise Wege der Trainingsauswertung geschaffen werden.
Die Vorrichtung kann weiterhin eine Speichervorrichtung zum Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern umfassen. Damit kann auf die Streckenparameter j ederzeit zugegriffen werden.
In einem weiteren Aspekt wird ein Fahrrad vorgeschlagen. Das Fahrrad umfasst einen Elektromotor, eine Versorgungsenergiequelle und eine Vorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Das Fahrrad kann weiterhin einen Bordcomputer umfassen. Die Vorrichtung kann mit dem Bordcomputer verbunden oder in den Bordcomputer integriert sein.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

- Vorgeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads,
- Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, oder Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.

Das Verfahren kann weiterhin Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, falls keine Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, umfassen.
Die Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke kann vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads ermittelt werden.
Die Streckenparameter der Fahrstrecke können vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads ermittelt werden.
Die Streckenparameter der Fahrstrecke können mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank ermittelt werden.
Das Verfahren kann weiterhin Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind, umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads umfassen.
Die gemessene Anstrengung kann Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfassen.
Die Streckenparameter können Informationen mindestens zum Höhenprofil der vorgegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der vorgegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der vorgegebenen Fahrstrecke umfassen.
Die Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke kann mittels mindestens eines Algorithmus ermittelt werden.
Das Verfahren kann weiterhin Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin Eingeben bzw. Vorgeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad umfassen. Die Daten zum Fahrer umfassen insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers. Das Gewicht des Fahrers kann dabei auch das Gewicht von Gepäck des Fahrers umfassen. Die Daten zum Fahrrad umfassen insbesondere Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads. Somit können oder sollen Daten zu Fahrer und Fahrrad, inklusive Antriebssystem, vom Nutzer eingegeben werden. Dadurch sind die Berechnungen spezifisch für das Fahrrad, das verbaute Antriebssystem und den Fahrer. Außerdem können diese pro Fahrt individualisiert werden, um beispielsweise unterschiedliches Gepäckgewicht zu berücksichtigen.
Das Verfahren kann weiterhin Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin Verwenden einer Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen umfassen
Das Verfahren kann computerimplementiert sein.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:

Ausführungsform 1: Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle, umfassend:
- eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- eine erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- eine zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads, und
- eine Regelungseinrichtung, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung eine Realisierbarkeit der ein- gegebenen Fahrstrecke ermittelt, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Ausführungsform 2: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Ausführungsform 3: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Ausführungsform 4: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads eingerichtet ist.
Ausführungsform 5: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads eingerichtet ist.
Ausführungsform 6: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank ausgebildet ist.
Ausführungsform 7: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte eingerichtet ist, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind.
Ausführungsform 8: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads.
Ausführungsform 9: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die gemessene Anstrengung Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfasst.
Ausführungsform 10: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Streckenparameter Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen.
Ausführungsform 11: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus eingerichtet ist.
Ausführungsform 12: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter eingerichtet ist.
Ausführungsform 13: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet ist, insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle.
Ausführungsform 14: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung mit einem Bordcomputer des Fahrrads verbindbar oder in einen Bordcomputer des Fahrrads integrierbar ist.
Ausführungsform 15: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend eine Speichervorrichtung zum Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern.
Ausführungsform 16: Fahrrad, umfassend
- einen Elektromotor,
- eine Versorgungsenergiequelle und
- eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen.
Ausführungsform 17: Fahrrad nach der Ausführungsform, weiterhin umfassend einen Bordcomputer, wobei die Vorrichtung mit dem Bordcomputer verbunden oder in den Bordcomputer integriert ist.
Ausführungsform 18: Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle, umfassend:
- - Vorgeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- - Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- - Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads,
- - Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, oder Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
Ausführungsform 19: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
Ausführungsform 20: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
Ausführungsform 21: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 20, wobei die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads ermittelt wird.
Ausführungsform 22: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 21, wobei die Streckenparameter der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads ermittelt werden.
Ausführungsform 23: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 22, wobei die Streckenparameter der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus einer Datenbank ermittelt werden.
Ausführungsform 24: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der Datenbank nicht abrufbar sind.
Ausführungsform 25: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 24, weiterhin umfassend Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads.
Ausführungsform 26: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die gemessene Anstrengung Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfasst.
Ausführungsform 27: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 26, wobei die Streckenparameter Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen.
Ausführungsform 28: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 27, wobei die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus ermittelt wird.
Ausführungsform 29: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter.
Ausführungsform 30: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 29, weiterhin umfassend Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern.
Ausführungsform 31: Verfahren nach einem der Ausführungsformen 18 bis 30, weiterhin umfassend Vorgeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet ist, insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads.
Ausführungsform 32: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 31, weiterhin umfassend Verwenden einer Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 15.
Ausführungsform 33: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 32, wobei das Verfahren computerimplementiert ist.

Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines Algorithmus der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist eingerichtet zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads 102 mit einem Elektromotor 104 und mit einer Versorgungsenergiequelle 106. Die Versorgungsenergiequelle 106 ist beispielsweise als Akkumulator ausgebildet. Das Fahrrad 102 weist weiterhin einen Bordcomputer 108 auf. Wie in 1 gezeigt, ist die Vorrichtung 100 mit dem Bordcomputer 108 verbunden. Dadurch können der Bordcomputer 108 und die Vorrichtung 100 miteinander kommunizieren. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung 100 mit dem Bordcomputer 108 kabellos verbunden, wie beispielsweise mittels Bluetooth. Die Vorrichtung 100 ist bei der gezeigten Ausführungsform beispielhaft in ein Smartphone 110 integriert.
Die Vorrichtung 100 weist eine Eingabeeinrichtung 112 zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung auf. Die Eingabeeinrichtung 112 kann zu diesem Zweck eine Tastatur aufweisen. Bevorzugt kann die Eingabeeinrichtung 112 ein Display mit einer dargestellten Tastatur zum Eingeben aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass die Eingabeeinrichtung 112 alternativ oder zusätzlich eine Spracheingabeeinrichtung und/oder individuelle Benutzeroberfläche und dergleichen aufweisen kann. Beispielsweise ist die Vorrichtung 100 mit einem nicht näher dargestellten Navigationssystem verbunden oder weist ein Navigationssystem auf. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Navigationssystem als Anwendung (App) auf dem Smartphone 110 implementiert. Die Fahrstrecke kann durch Eingabe eines Startpunkts und eines Zielpunkts definiert werden. Der Startpunkt und der Zielpunkt können in Form einer Adresse oder als GPS-Koordinaten eingegeben werden. Die Eingabeeinrichtung 112 kann weiterhin zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet sein. So kann der Fahrer insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads 102 eingeben.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine erste Ermittlungseinrichtung 114 zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke auf. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 kann als ein Computer ausgebildet sein oder einen Computer umfassen. Die Streckenparameter umfassen Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke. Das Wetter umfasst die Temperatur, Windstärke, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Regenwahrscheinlichkeit entlang der Fahrstrecke. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist eingerichtet zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank 116. Beispielsweise kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 drahtlos über das Internet aus mindestens einer Datenbank 116 eines Providers abrufen. Bevorzugt werden mehrere Web-APIs verwendet. Entsprechend kann die Datenbank in einer Cloud 118 realisiert sein. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist insbesondere eingerichtet zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und während eines Betriebs des Fahrrads 102. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist eingerichtet zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der Datenbank nicht abrufbar sind. Sollte beispielsweise keine Internetverbindung zur Datenbank während einer Fahrt oder vor einer Fahrt bestehen, kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 anstelle abgerufener Streckenparameter Schätzwerte und/oder Standardwerte verwenden, die in einem nicht näher gezeigten internen Speicher der Vorrichtung 100 hinterlegt sind.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine zweite Ermittlungseinrichtung 120 zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102 auf. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 kann als ein Computer ausgebildet sein oder einen Computer umfassen. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 und die zweite Ermittlungseinrichtung 120 können separate Einrichtungen sein oder zu einer Einheit integriert sein. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ist insbesondere eingerichtet zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads 102 basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102. Dabei wird von der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 für die Ermittlung der Realisierbarkeit berücksichtigt, dass nicht die gesamte aktuelle Kapazität für die Regelung einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 zur Verfügung steht, sondern eine Reserve oder Restenergie von beispielsweise 20 %, 15% oder 10% vorgehalten wird. Die Menge an vorgehaltener Restenergie kann vom Fahrer oder vom Hersteller vorgegeben sein bzw. werden. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ist eingerichtet zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus, der nachstehend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben wird. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ist eingerichtet zum Trainieren des Algorithmus mittels Streckenparameter, die während eines Betriebs des Fahrrads 102 ermittelt wurden.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Regelungseinrichtung 122 auf. Die Regelungseinrichtung 122 ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist weiterhin eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist eingerichtet zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Insbesondere ist die Regelungseinrichtung 122 eingerichtet zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist weiterhin eingerichtet zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors 104 unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads 102. Die gemessene Anstrengung umfasst Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, insbesondere Geschwindigkeit, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102. Die Trittfrequenz kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors des Fahrrads 102 erfasst werden. Der Puls und/oder die Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102 kann mittels Sensoren in einem Brustgurt und/oder einer Uhr, wie beispielsweise einer Smartwatch, erfasst werden, die mit der Vorrichtung 100 kommunizierend verbunden sind, wie beispielsweise mittels Bluetooth.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Algorithmus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Anhand von zuvor ermittelten Eigenschaften der Strecke, den Eigenschaften des Fahrrads 102 inklusive des Antriebssystems und den Eigenschaften des Fahrers erfolgt eine Energie- und Dynamikprädiktion für die verschiedenen Unterstützungsszenarien für die jeweils noch zu fahrende Strecke. Dabei wird der fahrdynamische Einfluss der genannten Eigenschaften anhand eines Berechnungsmodells, welches den gemeinsamen Antrieb durch Fahrer und Antriebssystem des Fahrrads 102 abbildet, dargestellt. Anhand dieser Daten wird anschließend die (optimale) Unterstützung berechnet, welche benötigt wird, um die vorgegebene Fahreranstrengung zu erreichen. Die initiale Vorgabe erfolgt dabei durch den Fahrer, welcher die für die Fahrt gewünschte Anstrengung angeben kann. Nachdem die benötigte Unterstützung zum Erreichen der gewünschten Fahreranstrengung bestimmt ist, wird geprüft, ob dies mit der verfügbaren elektrischen Energiemenge unter Berücksichtigung einer Restenergie bzw. Restkapazität der Versorgungsenergiequelle 106 realisierbar ist. Falls die Fahrt realisierbar ist, kann diese Anstrengungsvorgabe durch die Unterstützungsregelung umgesetzt werden. Ergibt die Prüfung, dass die Fahrt mit der ermittelten Unterstützung zum Erreichen der Anstrengungsvorgabe nicht realisierbar ist, erfolgt eine Korrektur der Fahreranstrengungsvorgabe und erneute Berechnung der dafür benötigten Unterstützung und anschließenden Überprüfung der Realisierbarkeit. Dies wird so lange wiederholt, bis eine Vorgabe für die Fahreranstrengung gefunden ist, welche mit der verfügbaren Energie unter Berücksichtigung einer Restenergie bzw. Restkapazität der Versorgungsenergiequelle 106 realisierbar ist.
Die Vorrichtung 100 kann wie folgt modifiziert werden. Die Vorrichtung 100 kann eine eigene Vorrichtung 100 sein. Die Vorrichtung 100 kann mit dem Bordcomputer 108 mittels mindestens eines Kabels verbindbar oder verbunden sein, wie beispielsweise mittels eines USB-Kabels. Alternativ kann die Vorrichtung 100 in den Bordcomputer 108 integrierbar oder integriert sein. Alternativ zu der beschriebenen dargestellten Tastatur der Eingabeeinrichtung 112 kann die Tastatur eine physische Tastatur sein.
Nachstehend wird die Betriebsweise der Vorrichtung 100 näher beschrieben. Die Vorrichtung 100 kann im Rahmen eines Verfahrens zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads 102 mit einem Elektromotor 104 und mit einer Versorgungsenergiequelle 106 verwendet werden. Ein entsprechendes Verfahren als Betriebsweise der Vorrichtung 100 wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt dabei ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt S10 gibt ein Bediener bzw. Fahrer des Fahrrads 102 mittels der Eingabeeinrichtung 112 eine Fahrstrecke und eine gewünschte Anstrengung ein. Somit werden die Fahrstrecke und die gewünschte Anstrengung für die nachstehend beschriebenen und nachfolgenden Ermittlungen und Berechnungen vorgegeben. Der Fahrer kann weiterhin Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingeben. So kann der Fahrer insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads 102 eingeben. Vor Beginn der Fahrt ermittelt in Schritt S12 die erste Ermittlungseinrichtung 114 Streckenparameter der Fahrstrecke. So ruft die erste Ermittlungseinrichtung 114 die Streckenparameter aus einer Datenbank ab. Beispielsweise kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 die Streckenparameter drahtlos über das Internet aus einer Datenbank eines Providers abrufen. Die Datenbank kann beispielsweise in Form einer Anwendung (App) auf dem Smartphone 110 realisiert sein. So ruft die erste Ermittlungseinrichtung 114 Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke ab. Falls bei einer Überprüfung auf Abrufbarkeit in Schritt S14 die Streckendaten aus der Datenbank abrufbar sind, werden diese in Schritt S 16 der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 zur Verfügung gestellt bzw. an diese übermittelt. Falls bei der Überprüfung auf Abrufbarkeit in Schritt S14 die Streckendaten aus der Datenbank nicht abrufbar sind, kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 in Schritt S18 die Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte ersetzen. Sollte beispielsweise keine Internetverbindung zur Datenbank vor der Fahrt bestehen, kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 anstelle abgerufener Streckenparameter Schätzwerte und/oder Standardwerte verwenden, die in einem nicht näher gezeigten internen Speicher der Vorrichtung 100 hinterlegt sind. Die Schätzwerte und/oder Standardwerte werden dann in Schritt S20 der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 zur Verfügung gestellt bzw. an diese übermittelt.
Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt in Schritt S22 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102 vor Beginn der Fahrt. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus.
Falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, regelt die Regelungseinrichtung 122 in Schritt S24 eine Unterstützungskraft des Elektromotors 104 des Fahrrads 102 entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106. Mit anderen Worten kann der Fahrer die Fahrt mit der von ihm gewünschten Anstrengung durchführen, sofern die Berechnungen bzw. Ermittlungen der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 ergeben, dass die Versorgungsenergiequelle 106 für die eingegebene Fahrstrecke unter Berücksichtigung der Streckenparameter ausreichend Versorgungsenergie enthält bzw. bereithält.
Der Hintergrund für die Berechnung bzw. Ermittlung der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke unter Berücksichtigung unter anderem der Streckenparameter im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Streckenparameter unmittelbaren Einfluss auf die für die Fahrstrecke benötigte Menge an Versorgungsenergie haben. So wird bei einer Fahrt auf einer hügeligen oder bergigen Strecke mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei einer Fahrt auf einer ebenem Strecke benötigt. Ebenso wird bei einer Fahrt auf losem oder steinigem Untergrund, wie beispielsweise einem Feldweg, mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als auf einem asphaltierten Untergrund benötigt. Weiterhin wird bei einer Fahrt mit Gegenwind mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei Rückenwind oder windstillen Wetterverhältnissen benötigt. Weiterhin wird bei einer Fahrt bei hohen Temperaturen, beispielsweise von 30°C oder mehr, mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei vergleichsweise moderaten Temperaturen von beispielsweise 20°C benötigt, da höhere Temperaturen allgemein eine höhere Anstrengung für den Fahrer bedingen als moderate Temperaturen.
Falls dahingegen die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und der aktuellen Kapazität ermittelt, regelt die Regelungseinrichtung 122 in Schritt S26 die Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106. Falls beispielsweise die Versorgungsenergiequelle 106 nicht genügend Versorgungsenergie bereithalten würde, um die Fahrstrecke aufgrund der ermittelten Streckenparameter befahren zu können, wird die Unterstützungsenergie reduziert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, falls die Strecke zu viele Steigungen, zu schlechten Untergrund und/oder ungünstige Wetterverhältnisse enthalten würde, die mit der aktuellen Kapazität und bei der gewünschten Anstrengung nicht möglich zu befahren wäre. Insbesondere passt die Regelungseinrichtung 122 die korrigierte Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 an, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Genauer minimiert die Regelungseinrichtung 122 eine Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird also die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung bzw. dem vorbestimmten Anteil der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal wie möglich erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.
Auch während eines Betriebs des Fahrrads 102 ermittelt die erste Ermittlungseinrichtung 114 die Streckenparameter der Fahrstrecke. Das Verfahren kehrt somit in Anschluss zu Schritt S24 bzw. Schritt S26 zu Schritt S12 zurück. So kann sich beispielsweise während der Fahrt das Wetter ändern, was somit erfasst und für die Regelung berücksichtigt wird. Auch können die tatsächlichen Eigenschaften des Untergrunds von den abgerufenen Daten abweichen, beispielsweise aufgrund von baulichen Veränderungen des Untergrunds. Die während eines Betriebs des Fahrrads 102 ermittelten Streckenparametern können dann optional in einer Speichervorrichtung 124 der Vorrichtung 100 gespeichert werden. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ebenfalls während eines Betriebs des Fahrrads 102 basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102. Da die Vorrichtung 100 auch Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität berücksichtigen muss, wird die Optimierung der Anstrengung regelmäßig für die dann noch zu fahrende Strecke und der dafür zur Verfügung stehenden elektrischen Versorgungsenergie ausgeführt.
Die Regelungseinrichtung 122 regelt die Unterstützungskraft des Elektromotors 104 unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads 102. Die gemessene Anstrengung umfasst wie erwähnt Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, wie beispielsweise Geschwindigkeit, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102. Um sowohl die Vorhersage der Fahrt als auch den dem Fahrer entsprechenden Anstrengungswertebereich zu spezifizieren, wird anhand von geeigneten Messungen der Fahrerantriebscharakteristik der entsprechende Wertebereich für die Anstrengung definiert. Initial wird der Wertebereich aus einer Angabe des Fahrers über das eigene Fitnesslevel bestimmt. Zudem kann der Fahrer vor jeder Fahrt die gewünschte Anstrengungsintensität einstellen, der Wertebereich wird dann entsprechend skaliert. Sollten die Streckenparameter für die beschriebene Funktion nicht zur Verfügung stehen, werden diese geschätzt oder durch repräsentative Standardwerte ersetzt. In diesem Fall sind allerdings die Größen zur Messung der Fahreranstrengung sowie die Messung der Energiemenge zwingend erforderlich, wobei diese für die ordnungsgemäße Funktion des E-Bike-Antriebssystems ohnehin zur Verfügung stehen müssen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und dem erfindungsgemäßen Verfahren bekommt der Fahrer eines E-Bikes eine präzise Information über die Realisierbarkeit seines Anstrengungswunsches sowie dem dabei entstehenden Energieverbrauch für eine geplante Strecke. Sollte die Energie nicht für die vom Fahrer gewünschte Anstrengung ausreichen, erfolgt die Erhöhung der Anstrengung in der kleinstmöglichen Art und Weise, indem die Unterstützung entsprechend über die Strecke verteilt wird, und vorhersagt welche Anstrengung jeweils realisierbar ist. Dadurch, dass die Unterstützungsintensität während der Fahrt anhand einer als realisierbar ermittelten Anstrengung geregelt wird und nicht durch die zuvor erfolgte Optimierung vorgegeben wird, ist die Erfindung zudem resistent gegenüber Abweichungen der Vorhersage gegenüber der Realität.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
102: Fahrrad
104: Elektromotor
106: Versorgungsenergiequelle
108: Bordcomputer
110: Smartphone
112: Eingabeeinrichtung
114: erste Ermittlungseinrichtung
116: Datenbank
118: Cloud
120: zweite Ermittlungseinrichtung
122: Regelungseinrichtung
124: Speichervorrichtung
S10: Vor- bzw. Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung
S12: Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke
S 14: Überprüfen auf Abrufbarkeit von Streckendaten aus Datenbank
S 16: Übermitteln der Streckenparameter an zweite Ermittlungseinrichtung
S18: Ersetzen Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte
S20: Übermitteln der Schätzwerte und/oder Standardwerte als Streckenparameter an zweite Ermittlungseinrichtung
S22: Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke
S24: Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors des Fahrrads entsprechend der gewünschten Anstrengung und der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle
S26: Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors des Fahrrads entsprechend der korrigierten Anstrengung und der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2644492 A1 [0003]
US 2018056812 A1 [0004]
EP 3377400 A1 [0005]
WO 2012172227 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (100) zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads (102) mit einem Elektromotor (104) und mit einer Versorgungsenergiequelle (106), umfassend: eine Eingabeeinrichtung (112) zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung, eine erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke, eine zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106) des Fahrrads (102), und eine Regelungseinrichtung (122), wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads (102) basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106) des Fahrrads (102) eingerichtet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads (102) eingerichtet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte eingerichtet ist, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors (104) unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads (102).
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die gemessene Anstrengung Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads (102) umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streckenparameter Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus eingerichtet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads (102) ermittelter Streckenparameter eingerichtet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabeeinrichtung (112) zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet ist, insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads (102).
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) mit einem Bordcomputer (108) des Fahrrads (102) verbindbar oder in einen Bordcomputer (108) des Fahrrads (102) integrierbar ist.
Fahrrad (102), umfassend einen Elektromotor (104), eine Versorgungsenergiequelle (106) und eine Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads (102) mit einem Elektromotor (104) und mit einer Versorgungsenergiequelle (106), umfassend: - Vorgeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung, - Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke, - Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106) des Fahrrads (102), - Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, oder Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.