DE102023200864B3 - Control method for a bicycle, control device and bicycle with the control device - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs eines Antriebsrades (3) des Fahrrads (1), wobei die Muskelkraft auf ein Ausgangselement (6) der Antriebseinrichtung übertragbar ist, wobei die Antriebseinrichtung (2) eine elektrische Maschine (7) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmomentes an dem Ausgangselement (6) zur elektrischen Unterstützung aufweist, mit den folgenden Schritten: Erfassen eines Ist-Schlupfwertes an dem Antriebsrad (3) auf der Basis einer Abweichung zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert bezüglich des Rotationszustands des Antriebsrads (3); Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine (7) auf der Basis des Ist-Schlupfwertes in Richtung eines zulässigen Schlupfwerts, der geringer als der Ist-Schlupfwert ist, unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises; und zumindest zeitweises Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine (7) bei Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert zur Verringerung der Differenz des Ist-Schlupfwertes und des zulässigen Schlupfwertes, unter Verwendung einer Zielwertsteuerung.Proposed is a control method for a bicycle (1) with a drive device (2) for at least temporary electrical support of a drive of a drive wheel (3) of the bicycle (1) by muscle power, wherein the muscle power can be transferred to an output element (6) of the drive device, wherein the drive device (2) has an electric machine (7) for providing a drive torque to the output element (6) for electrical support, with the following steps: detecting an actual slip value on the drive wheel (3) on the basis of a deviation between a target value and an actual value with regard to the rotational state of the drive wheel (3); regulating the drive torque of the electric machine (7) on the basis of the actual slip value in the direction of a permissible slip value which is less than the actual slip value, using a closed control loop; and at least temporarily controlling the drive torque of the electric machine (7) upon detection of a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value in order to reduce the difference between the actual slip value and the permissible slip value, using a target value control.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren für ein Fahrrad. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungsverfahren für ein als Pedelec ausgestaltetes Fahrrad, mit dem ein gegebenenfalls vorliegender Schlupf an einem Antriebsrad des Fahrrads verringert werden kann. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerungsvorrichtung, die zum Ausführen des Steuerungsverfahrens eingerichtet ist, sowie ein Fahrrad mit einer derartigen Steuerungsvorrichtung.The present invention relates to a control method for a bicycle. In particular, the present invention relates to a control method for a bicycle designed as a Pedelec, with which any slippage on a drive wheel of the bicycle can be reduced. The present invention also relates to a control device that is designed to carry out the control method, and to a bicycle with such a control device.

In dem Stand der Technik nach DE 10 2021 118 362 B3 ist ein Pedelec mit einer elektrischen Antriebseinheit offenbart. Bei diesem Stand der Technik sind eine Motorsteuerung und eine Schlupferkennungseinheit vorgesehen. Hierbei wird eine Schlupfgröße ermittelt, auf deren Grundlage in die Motorsteuerung zur Verringerung des Schlupfs eingegriffen wird.In the state of the art according to EN 10 2021 118 362 B3 a Pedelec with an electric drive unit is disclosed. In this prior art, a motor control and a slip detection unit are provided. In this case, a slip value is determined, on the basis of which the motor control is intervened in order to reduce the slip.

DE 10 2012 206 003 A1 zeigt ein Verfahren zur Regelung eines pedalgetriebenen Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit, umfassend einen Pedalantrieb und einen Motor als Unterstützungsantrieb. Dabie wird eine Schlupfgröße erfasst, die von der Drehgeschwindigkeit eines angetriebenen Rads abhängt. Das Drehmoment, das von dem Motor ausgeübt wird, wird erfasst. Das Drehmoment, das der Fahrer durch Pedalieren ausübt, wird erfasst. Die Antriebseinheit wird in Abhängigkeit von der erfassten Schlupfgröße geregelt, wobei vorgesehen ist, dass die Summe aus Motordrehmoment und Pedaldrehmoment in Abhängigkeit von der erfassten Schlupfgröße geregelt wird. EN 10 2012 206 003 A1 shows a method for controlling a pedal-driven vehicle with a drive unit comprising a pedal drive and a motor as an auxiliary drive. A slip value is detected which depends on the rotational speed of a driven wheel. The torque exerted by the motor is detected. The torque exerted by the driver by pedaling is detected. The drive unit is controlled depending on the detected slip value, wherein it is provided that the sum of motor torque and pedal torque is controlled depending on the detected slip value.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zum Stand der Technik verbessertes Steuerungsverfahren für ein Fahrrad zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Schlupf an einem Antriebsrad des Fahrrads verringert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhänigen Ansprüche Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Based on this, the object of the present invention is to provide a control method for a bicycle that is improved over the prior art and can be used to reduce slip on a drive wheel of the bicycle. This object is achieved by the subject matter with the features of the independent claims. Advantageous further developments emerge from the subclaims.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Steuerungsverfahren für ein Fahrrad mit einer Antriebseinrichtung zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs eines Antriebsrades des Fahrrads, wobei die Muskelkraft durch eine Kurbeleinrichtung in die Antriebseinrichtung einleitbar ist und durch eine Getriebevorrichtung auf ein Ausgangselement der Antriebseinrichtung übertragbar ist. Dabei weist die Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments zur elektrischen Unterstützung auf, wobei ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf das Ausgangselement der Antriebseinrichtung aufbringbar ist.In one aspect, the present invention relates to a control method for a bicycle with a drive device for at least temporary electrical support of a drive of a drive wheel of the bicycle by muscle power, wherein the muscle power can be introduced into the drive device by a crank device and can be transmitted to an output element of the drive device by a gear device. The drive device has an electric machine for providing a drive torque for electrical support, wherein a torque of the electric machine can be applied to the output element of the drive device.

Das Steuerungsverfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • - Erfassen eines Ist-Schlupfwertes an dem Antriebsrad auf der Basis einer Abweichung zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert bezüglich eines Rotationszustands des Antriebsrads;
  • - Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine auf der Basis des Ist-Schlupfwertes in Richtung eines zulässigen Schlupfwerts, der geringer als der Ist-Schlupfwert ist, unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises;
  • - zumindest zeitweises Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine bei Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert zur Verringerung der Differenz des Ist-Schlupfwertes und des zulässigen Schlupfwertes unter Verwendung einer Zielwertsteuerung.
The control procedure has the following steps:
  • - detecting an actual slip value on the drive wheel based on a deviation between a target value and an actual value with respect to a rotational state of the drive wheel;
  • - controlling the drive torque of the electric machine on the basis of the actual slip value towards a permissible slip value which is lower than the actual slip value, using a closed control loop;
  • - at least temporarily controlling the drive torque of the electric machine upon detection of a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value in order to reduce the difference between the actual slip value and the permissible slip value using a target value control.

Das Steuerungsverfahren gemäß dem vorstehend genannten Aspekt ist auf ein Fahrrad anwendbar, bei dem Muskelkraft, die durch die Kurbeleinrichtung in die Antriebseinrichtung eingeleitet wird, mit einer von der elektrischen Maschine abgegebenen Antriebsleistung kombiniert werden kann. Die Antriebseinrichtung kann verschiedenartige Ausgestaltungen annehmen, solange das der Erfindung zugrudneliegende Konzept verwirklicht werden kann. Das Fahrrad, auf das das Steuerungsverfahren gemäß dem vorstehenden Aspekt anwendbar ist, kann ein Vorderrad und ein Hinterrad aufweisen. Dabei kann das Vorderrad ein nicht angetriebenes Rad sein, während das Hinterrad das Antriebsrad sein kann. Die Antriebseinrichtung kann über das Ausgangselement eine Antriebskraft abgeben, die durch geeignete Mittel auf das Antriebsrad übertragen werden kann. Das Fahrrad kann in einem vorbestimmten Betriebszustand ausschließlich durch Muskelkraft betreibbar sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung derart betreibbar sein, dass die von der elektrischen Maschine bereitgestellte Antriebskraft auf der Grundlage von vorbestimmten Parametern erfolgt. Die vorbestimmten Parameter können dabei eine Drehzahl der Kurbeleinrichtung, eine Geschwindigkeit des Fahrrads bezüglich eines Untergrunds und eine Drehzahl von zumindest einem des Vorderrads und des Hinterrads aufweisen. Weitere Parameter können für die Steuerung der elektrischen Maschine berücksichtigt werden.The control method according to the above aspect is applicable to a bicycle in which muscle power, which is introduced into the drive device by the crank device, can be combined with a drive power output by the electric machine. The drive device can take on various designs as long as the concept underlying the invention can be realized. The bicycle to which the control method according to the above aspect is applicable can have a front wheel and a rear wheel. The front wheel can be a non-driven wheel, while the rear wheel can be the drive wheel. The drive device can output a drive force via the output element, which can be transmitted to the drive wheel by suitable means. The bicycle can be operated exclusively by muscle power in a predetermined operating state. Furthermore, the drive device can be operated in such a way that the drive force provided by the electric machine is based on predetermined parameters. The predetermined parameters can include a speed of the crank device, a speed of the bicycle with respect to a surface and a speed of at least one of the front wheel and the rear wheel. Other parameters can be taken into account for controlling the electric machine.

Die Antriebseinrichtung kann in einem vorbestimmten Betriebszustand so gesteuert werden, dass die elektrische Maschine hinsichtlich einer Drehzahl gesteuert wird. Dabei kann die Drehzahl der elektrischen Maschine unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Übersetzungsverhältnisses in einem Antriebskraftverlauf zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsrad die Drehzahl des Antriebsrads vorgeben. Das Übersetzungsverhältnisses in dem Antriebskraftverlauf zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsrad kann variabel sein. In diesem Fall ist es zweckdienlich, das Übesetzungsverhältnis zu bestimmen und für das Steuerungsverfahren zu berücksichtigen. Die Drehzahl der elektrischen Maschine und somit die Drehzahl des Antriebsrads können in einem Betriebszustand mit elektrischer Unterstützung durch die elektrische Maschine auf eine Maximaldrehzahl beschränkt werden. Mit dieser Maßnahme kann eine Geschwindigkeit des Fahrrads in einem Betriebszustand mit elektrischer Unterstützung durch die elektrische Maschine auf eine Maximalgeschwindigkeit beschränkt werden. Für die Drehzahlsteuerung beziehungsweise Drehzahlregelung der elektrischen Maschine kann ein vorbestimmtes Drehzahlsteuerungsverfahren vorgesehen sein. Das Drehzahlsteuerungsverfahren kann separat von dem hier beschriebenen Steuerungsverfahren durchgeführt werden.The drive device can be controlled in a predetermined operating state so that that the electric machine is controlled with regard to a speed. The speed of the electric machine can specify the speed of the drive wheel, taking into account a predetermined gear ratio in a drive force curve between the electric machine and the drive wheel. The gear ratio in the drive force curve between the electric machine and the drive wheel can be variable. In this case, it is expedient to determine the gear ratio and take it into account for the control method. The speed of the electric machine and thus the speed of the drive wheel can be limited to a maximum speed in an operating state with electrical support from the electric machine. With this measure, a speed of the bicycle can be limited to a maximum speed in an operating state with electrical support from the electric machine. A predetermined speed control method can be provided for the speed control or speed regulation of the electric machine. The speed control method can be carried out separately from the control method described here.

Der Ist-Schlupfwert kann in dem vorliegenden Aspekt einen Wert betreffen, der ein Durchrutschen des Antriebsrades bezüglich des Untergrunds, auf dem das Fahrrad fährt, wiedergibt. Dabei ist der Ist-Schlupfwert bezogen auf die Differenz einer Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades in Relation zu einer Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund.In the present aspect, the actual slip value can relate to a value that reflects slippage of the drive wheel with respect to the surface on which the bicycle is traveling. The actual slip value is based on the difference between a peripheral speed of the drive wheel and a speed of the bicycle over the surface.

Der zulässige Schlupfwert kann gemäß dem vorliegenden Aspekt im Voraus auf der Grundlage von empirischen Untersuchungen bestimmt werden. Der zulässige Schlupfwert kann dabei ein feststehender Wert sein. Der zulässige Schlupfwert kann alternativ variabel sein und somit in Abhängigkeit von vorbestimmten Einflussgrößen veränderbar sein. Insbesondere kann der zulässige Schlupfwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund variabel sein. Der zulässige Schlupfwert kann aus der Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades und der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund bestimmt werden und kann einen Wert darstellen, der ein sicheres Fahren ermöglicht.According to the present aspect, the permissible slip value can be determined in advance on the basis of empirical studies. The permissible slip value can be a fixed value. Alternatively, the permissible slip value can be variable and thus changeable depending on predetermined influencing factors. In particular, the permissible slip value can be variable depending on the speed of the bicycle over the ground. The permissible slip value can be determined from the difference between the peripheral speed of the drive wheel and the speed of the bicycle over the ground and can represent a value that enables safe riding.

Der Ist-Schlupfwert kann alternativ eine zeitliche Veränderung der Differenz der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades und der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund sein. Ebenso kann der zulässige Schlupfwert eine zulässige zeitliche Änderung der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades und der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund sein.The actual slip value can alternatively be a temporal change in the difference between the peripheral speed of the drive wheel and the speed of the bicycle over the ground. Likewise, the permissible slip value can be a temporal change in the peripheral speed of the drive wheel and the speed of the bicycle over the ground.

Der Ist-Schlupfwert kann durch einen Vergleich der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund und der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades beziehungsweise deren zeitlichen Änderungen bestimmt werden. Dabei kann die Geschwindigkeit des Fahrrads mit einem Geschwindigkeitssensor bestimmt werden. Ferner kann die Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund über die Erfassung der Drehzahl und somit der Umfangsgeschwindigkeit eines nicht angetriebenen Rades, insbesondere des Vorderrades des Fahrrads bestimmt werden.The actual slip value can be determined by comparing the speed of the bicycle over the ground and the peripheral speed of the drive wheel or their changes over time. The speed of the bicycle can be determined using a speed sensor. The speed of the bicycle over the ground can also be determined by recording the rotational speed and thus the peripheral speed of a non-driven wheel, in particular the front wheel of the bicycle.

Bei dem Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine auf der Basis des Ist-Schlupfwertes wird gemäß dem vorliegenden Aspekt ein geschlossener Regelkreis eingesetzt. Somit wird kontinuierlich der Ist-Schlupfwert mit dem zulässigen Schlupfwert verglichen und das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine entsprechend verändert, um die Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert zu verringern. Für den Fall, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades größer ist als die Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund, wird das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine durch den geschlossenen Regelkreis mit einem vorbestimmten Verlauf verringert. Der vorbestimmte Verlauf kann dabei ein zeitlicher Verlauf sein. Auf diese Weise wird eine Vortriebskraft, die zwischen dem Antriebsrad und dem Untergrund wirkt, verringert, so dass sich der Ist-Schlupfwert verringert.When controlling the drive torque of the electric machine on the basis of the actual slip value, a closed control loop is used according to the present aspect. The actual slip value is thus continuously compared with the permissible slip value and the drive torque of the electric machine is changed accordingly in order to reduce the difference between the actual slip value and the permissible slip value. In the event that the peripheral speed of the drive wheel is greater than the speed of the bicycle over the ground, the drive torque of the electric machine is reduced by the closed control loop with a predetermined curve. The predetermined curve can be a temporal curve. In this way, a propulsion force acting between the drive wheel and the ground is reduced, so that the actual slip value is reduced.

Gemäß dem vorliegenden Aspekt wird das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine zumindest zeitweise bei Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert gesteuert, um die Differenz des Ist-Schlupfwerts und des zulässigen Schlupfwerts zu verringern. Dabei wird eine Zielwertsteuerung eingesetzt, bei der das Antriebsdrehmoment auf der Grundlage einer vorbestimmten Vorgabe eingestellt wird. Diese Vorgabe kann eine unmittelbare Verringerung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine bei Erfassung der vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert umfassen, so dass der Ist-Schlupfwert sich an den zulässigen Schlupfwert annähert. Ferner kann die vorbestimmte Vorgabe einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf ausgehend von dem Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine, das bei Erfassung der vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert vorliegt, umfassen. Der vorbestimmte zeitliche Verlauf kann dabei als Rampenfunktion ausgestaltet sein. Ferner kann der vorbestimmte zeitliche Verlauf eine im zeitlichen Verlauf progressive oder degressive Funktion darstellen. Bei dieser Steuerung kann vorgesehen sein, dass das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine ausgehend von der Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert bis auf null verringert wird, wenn der Ist-Schlupfwert den zulässigen Schlupfwert nach einer vorbestimmten Zeit nicht erreicht.According to the present aspect, the drive torque of the electric machine is controlled at least temporarily when a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value is detected in order to reduce the difference between the actual slip value and the permissible slip value. In this case, a target value control is used in which the drive torque is set on the basis of a predetermined specification. This specification can include an immediate reduction in the drive torque of the electric machine when the predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value is detected, so that the actual slip value approaches the permissible slip value. Furthermore, the predetermined specification can include a predetermined temporal progression based on the drive torque of the electric machine that is present when the predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value is detected. The predetermined temporal progression can be designed as a ramp function. Furthermore, the predetermined temporal progression can include a temporal progression run represent a progressive or degressive function. In this control it can be provided that the drive torque of the electric machine is reduced to zero starting from the detection of a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value if the actual slip value does not reach the permissible slip value after a predetermined time.

Der zulässige Schlupfwert kann variabel ausgeführt sein. Der zulässige Schlupfwert kann dabei auch auf null oder nahe null eingerichtet werden. In einer zweckdienlichen Alternative kann der zulässige Schlupfwert auf einen Wert eingerichtet werden, bei dem die Fahrbarkeit des Fahrrads unbedenklich ermöglicht wird, wobei dieser zulässige Schlupfwert empitisch bestimmt werden kann. Diese Alternativen sind für alle Ausführungsformen anwendbar.The permissible slip value can be variable. The permissible slip value can also be set to zero or close to zero. In a useful alternative, the permissible slip value can be set to a value that allows the bicycle to be ridden without any problems, whereby this permissible slip value can be determined empirically. These alternatives are applicable to all embodiments.

Bei der vorstehend genannten Zielwertsteuerung wird eine Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades durch die entsprechende Steuerung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine erzielt. Gemäß dem vorstehenden Aspekt kann bei der Zielwertsteuerung eine Trägheit von sich bewegenden Massen, einschließlich rotierender Massen berücksichtigt werden. Diese Massen unterliegen naturgemäß einer gewissen Massenträgheit. Dabei kann die Massenträgheit des Antriebsrades bei der Zielwertsteuerung berücksichtigt werden, um durch die Einstellung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine eine vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades im Zeitverlauf zu erzielen. In ähnlicher Weise können für die Zielwertsteuerung die Massenträgheiten von weiteren sich bewegenden Elementen, wie zum Beispiel einer Antriebskette sowie rotierender Elemente der Antriebseinrichtung berücksichtigt werden.In the aforementioned target value control, a reduction in the peripheral speed of the drive wheel is achieved by correspondingly controlling the drive torque of the electric machine. According to the above aspect, an inertia of moving masses, including rotating masses, can be taken into account in the target value control. These masses are naturally subject to a certain mass inertia. The mass inertia of the drive wheel can be taken into account in the target value control in order to achieve a predetermined peripheral speed of the drive wheel over time by adjusting the drive torque of the electric machine. In a similar way, the mass inertia of other moving elements, such as a drive chain and rotating elements of the drive device, can be taken into account for the target value control.

Gemäß dem vorstehend genannten Aspekt kann das Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung des geschlossenen Regelkreises und das zumindest zeitweise Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung der Zielwertsteuerung zeitgleich ausgeführt werden. Dabei kann die Einstellung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine durch das Regeln unter Verwendung des geschlossenen Regelkreises durch die Einstellung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung der Zielwertsteuerung überlagert werden. Ferner kann eine Priorisierung vorgesehen sein, so dass für den Fall, dass eine vorbestimmte Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert bestimmt wird, die größer als ein vorgegebener Schwellwert ist, das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine zumindest zeitweise ausschließlich unter Verwendung der Zielwertsteuerung erfolgt. Dabei kann das Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung der Zielwertsteuerung für eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt werden. Ferner kann nach Beendigung der Steuerung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung der Zielwertsteuerung nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer das Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine unter Verwendung des geschlossenen Regelkreises aufgenommen werden.According to the above-mentioned aspect, the regulation of the drive torque of the electric machine using the closed control loop and the at least temporary control of the drive torque of the electric machine using the target value control can be carried out simultaneously. In this case, the setting of the drive torque of the electric machine by the regulation using the closed control loop can be superimposed by the setting of the drive torque of the electric machine using the target value control. Furthermore, prioritization can be provided so that in the event that a predetermined difference is determined between the actual slip value and the permissible slip value that is greater than a predetermined threshold value, the drive torque of the electric machine is at least temporarily carried out exclusively using the target value control. In this case, the control of the drive torque of the electric machine using the target value control can be continued for a predetermined period of time. Furthermore, after the control of the drive torque of the electric machine using the target value control has ended and after the predetermined period of time has elapsed, the regulation of the drive torque of the electric machine using the closed control loop can be resumed.

Gemäß einer Ausführungsform wird im Schritt des Regelns des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine ein PID-Regler eingesetzt. Der PID-Regler ist besonders geeignet für eine Rückkopplungsregelung des Ist-Schlupfwertes, da eine überschwingende Ansteuerung der elektrischen Maschine durch geeignetes Einrichten der Koeffizienten des PID-Reglers verhindert werden kann und gleichzeitig der Ist-Schlupfwert rasch auf den zulässigen Schlupfwert zurückgeführt werden kann. Die Koeffizienten des PID-Reglers können dabei empirisch bestimmt und voreingestellt werden.According to one embodiment, a PID controller is used in the step of controlling the drive torque of the electric machine. The PID controller is particularly suitable for feedback control of the actual slip value, since overshooting control of the electric machine can be prevented by suitably setting the coefficients of the PID controller and at the same time the actual slip value can be quickly returned to the permissible slip value. The coefficients of the PID controller can be determined empirically and preset.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Reglerstellgrenze für das Antriebsdrehmoment des PID-Reglers zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und null einstellbar ausgeführt sein. Die Reglerstellgrenze für das Antriebsdrehmoment des PID-Reglers ist dabei eine Größe, mit der der PID-Regler das Antriebsdrehmoment ausgehend von einem gegenwärtig vorliegenden Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine einstellt. Der vorbestimmte Maximalwert der Reglerstellgrenze für das Antriebsdrehmoment des PID-Reglers kann empirisch festgelegt werden. Ferner kann der vorbestimmte Maximalwert für die Reglerstellgrenze variabel sein und insbesondere auf das gegenwärtig vorliegende Antriebsdrehmoment gesetzt werden. Mit dieser Maßnahme kann erzielt werden, dass die Einstellung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine durch den PID-Regler sukzessive auf einen Wert von null eingestellt werden kann, so dass der Ist-Schlupfwert den zulässigen Schlupfwert erreichen kann. Ferner kann die Reglerstellgrenze auf einen Wert von null einstellbar sein, so dass die Funktion des PID-Reglers zumindest temporär unterbunden werden kann. Mit dieser Maßnahme kann bewirkt werden, dass das Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine ausschließlich unter Verwendung der vorstehend diskutierten Zielwertsteuerung erfolgt.According to one embodiment, a controller setting limit for the drive torque of the PID controller can be designed to be adjustable between a predetermined maximum value and zero. The controller setting limit for the drive torque of the PID controller is a value with which the PID controller sets the drive torque based on a currently existing drive torque of the electric machine. The predetermined maximum value of the controller setting limit for the drive torque of the PID controller can be determined empirically. Furthermore, the predetermined maximum value for the controller setting limit can be variable and in particular set to the currently existing drive torque. With this measure, it can be achieved that the setting of the drive torque of the electric machine by the PID controller can be successively set to a value of zero, so that the actual slip value can reach the permissible slip value. Furthermore, the controller setting limit can be adjustable to a value of zero, so that the function of the PID controller can be prevented at least temporarily. This measure can ensure that the drive torque of the electric machine is controlled exclusively using the target value control discussed above.

In einer Ausführungsform kann zur Einstellung der Reglerstellgrenze des PID-Reglers ein vorbestimmter Verlauf einschließlich einer Rampenfunktion angewendet werden. Mit dieser Ausführungsform wird ein sanfter Übergang erzielt, wenn der PID-Regler von einer Reglerstellgrenze von null auf den vorbestimmten Maximalwert oder umgekehrt umgestellt wird. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Fahrrads verbessert, da übermäßige Antriebsdrehmomentgradienten verhindert werden können.In one embodiment, a predetermined course including a ramp function can be used to adjust the controller limit of the PID controller. This embodiment achieves a smooth transition when the PID controller is moved from a controller limit of zero to the predetermined maximum value or This improves the operational safety of the bicycle as excessive drive torque gradients can be prevented.

Gemäß einer Ausführungsform können als Soll-Wert und Ist-Wert bezüglich des Rotationszustandes des Antriebsrads eine Soll-Drehzahl beziehungsweise eine IstDrehzahl des Antriebsrads berücksichtigt werden. Für eine Betrachtung eines Schlupfzustandes bei einem Fahrrad, das auf einem Untergrund fährt, ist das Verhältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrads und der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund zweckdienlich. Ferner sind Drehzahlen des Antriebsrads direkt oder indirekt bestimmbar und können für das Steuerungsverfahren ohne Weiteres verwendet werden.According to one embodiment, a target speed and an actual speed of the drive wheel can be taken into account as the target value and actual value with regard to the rotational state of the drive wheel. To consider a slip state in a bicycle that is traveling on a surface, the ratio between the peripheral speed of the drive wheel and the speed of the bicycle over the surface is useful. Furthermore, rotational speeds of the drive wheel can be determined directly or indirectly and can be used without further ado for the control method.

Gemäß einer Ausführungsform können als Soll-Wert und Ist-Wert bezüglich des Rotationszustandes des Antriebsrads eine Soll-Drehbeschleunigung beziehungsweise eine Ist-Drehbeschleunigung des Antriebsrads berücksichtigt werden. Die Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrads ist alternativ oder zusätzlich zu der Berücksichtigung des Betrags der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrads zweckdienlich, da ein besonders schnelles Ansprechverhalten des Steuerungsverfahrens erzielbar ist.According to one embodiment, a target rotational acceleration or an actual rotational acceleration of the drive wheel can be taken into account as a target value and an actual value with respect to the rotational state of the drive wheel. Changing the peripheral speed of the drive wheel is useful as an alternative or in addition to taking the amount of the peripheral speed of the drive wheel into account, since a particularly fast response behavior of the control method can be achieved.

In einer Ausführungsform kann der Ist-Wert bezüglich des Rotationszustandes des Antriebsrads aus einem Drehzahlsignal der elektrischen Maschine der Antriebseinrichtung abgeleitet werden. Bei einer Anwendung des Steuerungsverfahrens auf ein Fahrrad mit einer Antriebseinrichtung, bei der die elektrische Maschine mit dem Ausgangselement gekoppelt ist, das wiederum mit dem Antriebsrad gekoppelt ist, kann durch Bestimmen der Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Drehzahl des Antriebsrads zurückgeschlossen werden. Hierzu ist es besonders zweckdienlich, wenn die elektrische Maschine mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis mit dem Antriebsrad gekoppelt ist. Ferner ist es möglich, aus der Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Drehzahl des Antriebsrads zurückzuschließen, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsrad variabel ist, und gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsrad bekannt ist und für die Durchführung des Steuerungsverfahrens bereitgestellt werden kann. Besonders zweckdienlich ist das Steuerungsverfahren anwendbar auf ein Fahrrad mit einer Antriebseinrichtung, bei der die elektrische Maschine mit dem Ausgangselement ausgangsseitig beziehungsweise abtriebsseitig gekoppelt ist. In ähnlicher Weise kann vorgesehen sein, dass eine Drehbeschleunigung des Antriebsrads aus der Drehbeschleunigung der elektrischen Maschine bestimmbar ist. Alternativ kann der Ist-Wert bezüglich des Rotationszustands des Antriebsrads durch einen Sensor bestimmt werden, der die Drehzahl des Antriebsrads erfasst.In one embodiment, the actual value relating to the rotational state of the drive wheel can be derived from a speed signal of the electric machine of the drive device. When the control method is applied to a bicycle with a drive device in which the electric machine is coupled to the output element, which in turn is coupled to the drive wheel, the speed of the drive wheel can be deduced by determining the speed of the electric machine. For this purpose, it is particularly useful if the electric machine is coupled to the drive wheel with a predetermined gear ratio. Furthermore, it is possible to deduce the speed of the drive wheel from the speed of the electric machine if the gear ratio between the electric machine and the drive wheel is variable and at the same time the gear ratio between the electric machine and the drive wheel is known and can be made available for carrying out the control method. The control method is particularly useful when applied to a bicycle with a drive device in which the electric machine is coupled to the output element on the output side or output side. In a similar way, it can be provided that a rotational acceleration of the drive wheel can be determined from the rotational acceleration of the electric machine. Alternatively, the actual value with regard to the rotational state of the drive wheel can be determined by a sensor that detects the rotational speed of the drive wheel.

In einer Ausführungsform kann der Soll-Wert bezüglich des Rotationzustandes des Antriebsrads aus einer direkt oder indirekt bestimmbaren Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund ableitbar sein. Dabei kann die Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergund aus der Umfangsgeschwindigkeit des nicht angetriebenen Rads des Fahrrads abgeleitet werden. Hierzu kann ein Raddrehzahlsensor an dem nicht angetriebenen Rad vorgesehen sein, dessen Signal zu Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. Alternativ kann ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen sein, der die Geschwindigkeit des Fahrrads erfasst und ein entsprechendes Signal zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.In one embodiment, the target value for the rotational state of the drive wheel can be derived from a directly or indirectly determinable speed of the bicycle over the ground. The speed of the bicycle over the ground can be derived from the peripheral speed of the non-driven wheel of the bicycle. For this purpose, a wheel speed sensor can be provided on the non-driven wheel, the signal of which is available for further processing. Alternatively, a speed sensor can be provided that detects the speed of the bicycle and provides a corresponding signal for further processing.

In einer Ausführungsform kann die Drehzahl der elektrischen Maschine auf der Grundlage von Betriebsbedingungen des Fahrrads einschließlich des Betriebszustands der Kurbeleinrichtung geregelt werden. Insbesondere wird bei dem Fahrrad, das als Pedelec ausgestaltet sein kann, die Drehzahl der Kurbeleinrichtung bestimmt und auf dieser Grundlage der Betrieb der elektrischen Maschine gesteuert. Weitere Betriebsbedingungen des Fahrrads einschließlich der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund, eine Eingabe eines Fahrers des Fahrzeugs zur Ansteuerung der Drehzahl der elektrischen Maschine und dergleichen können zusätzlich oder alternativ berücksichtigt werden.In one embodiment, the speed of the electric machine can be controlled based on operating conditions of the bicycle, including the operating state of the crank device. In particular, in the bicycle, which can be designed as a Pedelec, the speed of the crank device is determined and the operation of the electric machine is controlled on this basis. Other operating conditions of the bicycle, including the speed of the bicycle over the ground, an input from a driver of the vehicle to control the speed of the electric machine and the like, can be taken into account additionally or alternatively.

In einer Ausführungsform kann das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine abtriebsseitig ohne Durchlaufen der Getriebevorrichtung auf das Ausgangselement der Antriebseinrichtung aufgebracht werden. Das Steuerungsverfahren ist insbesondere auf ein Fahrrad mit einer Antriebseinrichtung anwendbar, bei dem eine ausgangsseitige Kopplung der elektrischen Maschine mit dem Ausgangselement und somit dem Antriebsrad erfolgt. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln die Regelung beziehungsweise Steuerung der Drehzahl beziehungsweise des Drehmoments der elektrischen Maschine derart erfolgen, dass dem potentiell vorliegenden Schlupfzustand an dem Antriebsrad zuverlässig entgegengewirkt werden kann.In one embodiment, the drive torque of the electric machine can be applied to the output element of the drive device on the output side without passing through the transmission device. The control method is particularly applicable to a bicycle with a drive device in which the electric machine is coupled to the output element and thus to the drive wheel on the output side. In this way, the speed or torque of the electric machine can be regulated or controlled using simple means in such a way that the potentially existing slip condition on the drive wheel can be reliably counteracted.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuerungsvorrichtung für eine Antriebseinrichtung für ein Fahrrad vorgesehen, die Eingabeschnittstellen zur Aufnahme von Eingangssignalen und Ausgabeschnittstellen zur Ausgabe von Ausgangssignalen und eine Einrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem oder mehreren der vorstehend diskutierten Merkmale eingerichtet ist. Die Steuerungsvorrichtung kann dabei in eine an dem Fahrrad vorgesehene übergeordnete Steuerungseinrichtung integriert sein. Die Steuerungsvorrichtung kann eine separate Einrichtung sein, die an dem Fahrrad vorgesehen werden kann. Die Steuerungsvorrichtung kann ferner mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden sein, die an dem Fahrrad vorgesehen sein kann, um der elektrischen Maschine entsprechend dem Steuerungsverfahren elektrische Energie zuzuführen und den vorbestimmten Betriebszustand der elektrischen Maschine herbeizuführen. Die Steuerungsvorrichtung kann einen Geschwindigkeitssensor aufweisen, der zur Erfassung der Geschwindigkeit des Fahrrads über dem Untergrund eingerichtet ist.According to a further aspect, a control device for a drive device for a bicycle is provided, which has input interfaces for receiving input signals and output interfaces for outputting output signals and a device for controlling an electrical machine, wherein the control device for carrying out the method is provided with one or more of the features discussed above. male. The control device can be integrated into a higher-level control device provided on the bicycle. The control device can be a separate device that can be provided on the bicycle. The control device can also be connected to an energy storage device that can be provided on the bicycle in order to supply electrical energy to the electrical machine in accordance with the control method and to bring about the predetermined operating state of the electrical machine. The control device can have a speed sensor that is set up to detect the speed of the bicycle over the ground.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Fahrrad mit einer Antriebseinrichtung zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs eines Antriebsrades des Fahrrads eine Steuerungsvorrichtung auf, der in dem vorstehenden Aspekt erläutert ist.According to a further aspect, a bicycle with a drive device for at least temporarily electrically assisting a drive of a drive wheel of the bicycle by muscle power has a control device as explained in the above aspect.

Vorstehend ist das Fahrrad mit einem Vorderrad und einem Hinterrad beschrieben. Das Fahrrad kann alternativ mehr als zwei, insbesondere drei Räder aufweisen, von denen mindestens ein Rad als Antriebsrad ausgestaltet sein kann.

  • 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein als Pedelec ausgestaltetes Fahrrad, auf das das Steuerungsverfahren gemäß den Ausführungsformen anwendbar ist;
  • 2 zeigt eine beispielhafte Antriebseinrichtung, die in dem in 1 gezeigten Fahrrad zum Einsatz vorgesehen ist und auf die das Steuerungsverfahren gemäß den Ausführungsformen anwendbar ist;
  • 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ablaufdiagramm des Steuerungsverfahrens in einer Ausführungsform.
The bicycle is described above with a front wheel and a rear wheel. Alternatively, the bicycle can have more than two, in particular three wheels, of which at least one wheel can be designed as a drive wheel.
  • 1 shows a schematic view of a bicycle designed as a Pedelec to which the control method according to the embodiments is applicable;
  • 2 shows an exemplary drive device that is used in the 1 shown bicycle and to which the control method according to the embodiments is applicable;
  • 3 shows a schematic representation of a flow chart of the control method in one embodiment.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrrad 1, auf das Ausführungsformen des Steuerungsverfahrens anwendbar sind. Das in 1 gezeigte Fahrrad 1 stellt lediglich ein Beispiel dar und dient dazu, die Funktionsweise im Zusammenhang mit dem Steuerungsverfahren zu erläutern. 1 shows a schematic representation of a bicycle 1 to which embodiments of the control method are applicable. The 1 Bicycle 1 shown is merely an example and serves to explain the functionality in connection with the control method.

Das in 1 gezeigte Fahrrad 1 weist einen nicht näher erläuterten Rahmen auf, an dem ein Vorderrad 10 als nicht angetriebenes Rad und ein Hinterrad 3 als Antriebsrad montiert sind. Das Fahrrad 1 weist ferner ebenfalls nicht näher erläuterte Elemente auf, die für ein Fahrrad typisch sind, wie zum Beispiel einen Sattel, einen Lenker, eine Bremsanlage und weitere Anbauteile, die jedoch für die nachfolgende Erläuterung unberücksichtigt bleiben.This in 1 The bicycle 1 shown has a frame (not explained in more detail) on which a front wheel 10 is mounted as a non-driven wheel and a rear wheel 3 as a drive wheel. The bicycle 1 also has elements (not explained in more detail) that are typical for a bicycle, such as a saddle, a handlebar, a brake system and other attachments, which, however, are not taken into account for the following explanation.

Das in 1 gezeigte Fahrrad ist als Pedelec ausgestaltet und weist dazu eine Antriebseinrichtung 2 auf, die im Bereich der Tretlagerposition des Rahmens des Fahrrads 1 montiert ist. Zum Betrieb der Antriebseinrichtung 2 ist an dem Rahmen des Fahrrads 1, in der Darstellung am Unterrohr des Rahmens, eine Energiespeichereinrichtung 9 vorgesehen, die als aufladbarer Akkumulator ausgestaltet ist. Ferner weist das in 1 gezeigte Fahrrad 1 eine Steuerungsvorrichtung 8 auf, die ebenfalls an dem Rahmen des Fahrrads 1 montiert ist.This in 1 The bicycle shown is designed as a Pedelec and has a drive device 2 which is mounted in the area of the bottom bracket position of the frame of the bicycle 1. To operate the drive device 2, an energy storage device 9 is provided on the frame of the bicycle 1, in the illustration on the down tube of the frame, which is designed as a rechargeable battery. Furthermore, the bicycle shown in 1 The bicycle 1 shown has a control device 8 which is also mounted on the frame of the bicycle 1.

Das als Antriebsrad ausgestaltete Hinterrad 3 ist über ein Antriebskraftübertragungselement in der Form einer Kette mit der Antriebseinrichtung 2 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 2 weist ferner eine Kurbeleinrichtung 4 auf, über die ein Fahrer des Fahrrads 1 Muskelkraft in die Antriebseinrichtung 2 einleiten kann. Die Antriebseinrichtung 2 weist ferner ein Ausgangselement 6 in der Form eines Kettenblatts oder eines Zahnrads auf, das über die Kette mit einem Ritzel des Hinterrads 3 gekoppelt ist. Eine Rotation des Ausgangselements 6 wird über die Kette auf das Hinterrad 3 übertragen, so dass das Hinterrad 3 angetrieben werden kann.The rear wheel 3, designed as a drive wheel, is coupled to the drive device 2 via a drive force transmission element in the form of a chain. The drive device 2 also has a crank device 4, via which a rider of the bicycle 1 can introduce muscle power into the drive device 2. The drive device 2 also has an output element 6 in the form of a chainring or a gear wheel, which is coupled to a pinion of the rear wheel 3 via the chain. A rotation of the output element 6 is transmitted to the rear wheel 3 via the chain, so that the rear wheel 3 can be driven.

2 zeigt die Antriebseinrichtung 2 in einer detaillierten Ansicht. Die Antriebseinrichtung 2 entspricht im Aufbau der in 1 am Fahrrad 1 montierten Antriebseinrichtung 2. Wie in 2 ersichtlich ist, weist die in einem Gehäuse untergebrachte Antriebseinrichtung 2 eine elektrische Maschine 7 auf. Die elektrische Maschine 7 kann mit der in der Energiespeichereinrichtung 9 gespeicherten elektrischen Energie betrieben werden. Der Betrieb der elektrischen Maschine 7 durch die in der Energiespeichereinrichtung 9 gespeicherte elektrische Energie wird von der Steuerungsvorrichtung 8 vorgenommen. Insofern sind die Steuerungsvorrichtung 8, die Energiespeichereinrichtung 9 und die elektrische Maschine 7 elektrisch und gegebenenfalls signaltechnisch miteinander gekoppelt. 2 shows the drive device 2 in a detailed view. The drive device 2 corresponds in structure to the one in 1 drive device 2 mounted on the bicycle 1. As in 2 As can be seen, the drive device 2 accommodated in a housing has an electric machine 7. The electric machine 7 can be operated with the electrical energy stored in the energy storage device 9. The operation of the electric machine 7 by the electrical energy stored in the energy storage device 9 is carried out by the control device 8. In this respect, the control device 8, the energy storage device 9 and the electric machine 7 are coupled to one another electrically and, if necessary, by signaling.

Die elektrische Maschine 7 dient dazu, Antriebskraft auf das Ausgangselement 6 der Antriebseinrichtung 2 zu übertragen. Insbesondere wird eine Rotation einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine 7 mit einem definierten Übersetzungsverhältnis auf das Ausgangselement 6 und nachfolgend auf das Antriebsrad 3 übertragen. Die elektrische Maschine 7 dient in der vorliegenden Ausführungsform dazu, die von der Kurbeleinrichtung 4 in die Antriebseinrichtung 2 eingeleitete Muskelkraft elektrisch zu unterstützen. Dabei wird die über die Kurbeleinrichtung 4 in die Antriebseinrichtung 2 eingeleitete Muskelkraft über eine in der Antriebseinrichtung 2 vorgesehene Getriebevorrichtung 5 auf das Ausgangselement 6 übertragen. Insofern werden durch die Antriebseinrichtung 2 die Antriebskraft der elektrischen Maschine 7 und die über die Kurbeleinrichtung 4 eingeleitete Muskelkraft kombiniert und wird die kombinierte Antriebskraft auf das Hinterrad 3 übertragen.The electric machine 7 serves to transmit drive power to the output element 6 of the drive device 2. In particular, a rotation of an output shaft of the electric machine 7 is transmitted with a defined transmission ratio to the output element 6 and subsequently to the drive wheel 3. In the present embodiment, the electric machine 7 serves to electrically support the muscle power introduced into the drive device 2 by the crank device 4. The muscle power introduced into the drive device 2 via the crank device 4 is transmitted to the output element 6 via a gear device 5 provided in the drive device 2. In this respect, the drive device 2 transmits the drive power of the electric machine 7 and the The muscle power introduced via the crank device 4 is combined and the combined drive force is transferred to the rear wheel 3.

Die in 2 schematisch gezeigte Getriebevorrichtung 5 ist in der vorliegenden Ausführungsform als stufenlos variables Getriebe ausgestaltet, mit welchem das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbeleinrichtung 4 und dem Ausgangselement 6 stufenlos variabel einstellbar ist. Dabei wird in dem vorliegenden Zusammenhang ein nicht näher dargestellter Systemaufbau eingesetzt, bei dem eine zweite elektrische Maschine zur Drehzahlüberlagerung mit der Kurbeleinrichtung 4 gekoppelt ist. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform die elektrische Maschine 7 ausgangsseitig beziehungsweise abtriebsseitig gekoppelt ist, was bedeutet, dass die Rotation der elektrischen Maschine 7 ohne Durchlaufen der Getriebevorrichtung 5 auf das Ausgangselement 6 übertragen wird. Insofern besteht eine vorbestimmte Relation zwischen der Drehzahl der elektrischen Maschine 7 und der Drehzahl des Hinterrads 3 zumindest in einem Betriebszustand, in dem das Hinterrad 3 angetrieben wird.In the 2 The schematically shown transmission device 5 is designed in the present embodiment as a continuously variable transmission with which the transmission ratio between the speed of the crank device 4 and the output element 6 can be continuously variably adjusted. In this context, a system structure not shown in detail is used in which a second electrical machine is coupled to the crank device 4 for speed superposition. It should be noted that in the present embodiment, the electrical machine 7 is coupled on the output side or output side, which means that the rotation of the electrical machine 7 is transmitted to the output element 6 without passing through the transmission device 5. In this respect, there is a predetermined relationship between the speed of the electrical machine 7 and the speed of the rear wheel 3, at least in an operating state in which the rear wheel 3 is driven.

Die in 2 gezeigte elektrische Maschine 7 wird über entsprechende elektrische Schaltkreise von der Steuerungsvorrichtung 8 betrieben. Insbesondere wird die elektrische Maschine 7 hinsichtlich der Drehzahl in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrrads 1 gesteuert. Beispielsweise wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 7 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbeleinrichtung 4 beim Betrieb des Fahrrads 1 gesteuert, so dass die Unterstützung des Antriebs des Fahrrads 1 durch die elektrische Maschine 7 im Einklang mit dem Antrieb der Kurbeleinrichtung 4 durch Muskelkraft ist. Somit wird der Antrieb des Pedelecs bei Einleitung der Muskelkraft in die Kurbeleinrichtung 4 durch die elektrische Maschine 7 unterstützt.In the 2 The electric machine 7 shown is operated by the control device 8 via corresponding electric circuits. In particular, the electric machine 7 is controlled in terms of speed depending on the operating conditions of the bicycle 1. For example, the speed of the electric machine 7 is controlled depending on the speed of the crank device 4 when the bicycle 1 is operating, so that the support of the drive of the bicycle 1 by the electric machine 7 is in line with the drive of the crank device 4 by muscle power. The drive of the Pedelec is thus supported by the electric machine 7 when muscle power is introduced into the crank device 4.

Die in 2 gezeigte elektrische Maschine 7 weist einen Signalausgang auf, aus dem die Drehzahl einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine 7 ableitbar ist. Dieser Signalausgang ist mit einem Signaleingang der Steuerungsvorrichtung 8 gekoppelt. Mit diesem Signal wird der Steuerungsvorrichtung 8 zu jedem Zeitpunkt die Information bezüglich der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 7 zur Verfügung gestellt. Ferner weist in der vorliegenden Ausführungsform die Antriebseinrichtung 2 einen für das vorliegende Steuerungsverfahren nicht relevanten Sensor auf, der die Drehzahl der Kurbeleinrichtung 4 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuerungsvorrichtung 8 zur Verfügung stellt. Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Drehzahlsensor vorgesehen, der die Drehzahl des als nicht angetriebenes Rad ausgestalteten Vorderrads 10 erfasst. Dieses Signal bezüglich der Drehzahl des Vorderrads 10 wird ebenfalls der Steuerungsvorrichtung 8 zur Verfügung gestellt. Mit diesem Signal kann die Steuerungsvorrichtung 8 zu jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 über dem Untergrund bestimmen, wobei vorausgesetzt wird, dass das Vorderrad 10 eine Umfangsgeschwindigkeit aufweist, die der Geschwindigkeit des Fahrrads 1 über Grund entspricht. In einer abgewandelten Ausführungsform ist an dem Fahrrad 1 ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen, der die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 erfasst.In the 2 The electric machine 7 shown has a signal output from which the speed of an output shaft of the electric machine 7 can be derived. This signal output is coupled to a signal input of the control device 8. This signal provides the control device 8 with information about the current speed of the electric machine 7 at any time. Furthermore, in the present embodiment, the drive device 2 has a sensor that is not relevant to the present control method, which detects the speed of the crank device 4 and provides a corresponding signal to the control device 8. In addition, in the present embodiment, a speed sensor is provided that detects the speed of the front wheel 10, which is designed as a non-driven wheel. This signal regarding the speed of the front wheel 10 is also provided to the control device 8. With this signal, the control device 8 can determine the speed of the bicycle 1 over the ground at any time, assuming that the front wheel 10 has a peripheral speed that corresponds to the speed of the bicycle 1 over the ground. In a modified embodiment, a speed sensor is provided on the bicycle 1, which detects the speed of the bicycle 1.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform des Steuerungsverfahrens auf der Grundlage von 3 beschrieben. In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Darstellen von Schritten des Steuerungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform dargestellt. Es ist anzumerken, dass in einer separaten und hier nicht dargestellten Steuerung die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 auf der Grundlage der Drehzahl der elektrischen Maschine 7 im Hinblick auf den Betriebszustand, insbesondere die Drehzahl der Kurbeleinrichtung 4 und gegebenenfalls anderen Parametern und Größen gesteuert wird. Dabei wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 7 und somit die Drehzahl des Antriebsrads 3 entsprechend einer empirisch bestimmten Charakteristik so gesteuert, dass der Fahrer des Fahrrads 1 im Zusammenhang mit dem Betrieb der Kurbeleinrichtung 4 eine komfortable elektrische Unterstützung erfährt.In the following, an embodiment of the control method based on 3 described. In 3 is a schematic flow chart for illustrating steps of the control method according to this embodiment. It should be noted that in a separate control system not shown here, the speed of the bicycle 1 is controlled on the basis of the rotational speed of the electric machine 7 with regard to the operating state, in particular the rotational speed of the crank device 4 and possibly other parameters and variables. The rotational speed of the electric machine 7 and thus the rotational speed of the drive wheel 3 are controlled according to an empirically determined characteristic so that the rider of the bicycle 1 experiences comfortable electrical support in connection with the operation of the crank device 4.

Zusätzlich zu der vorstehend genannten Steuerung bezüglich der Geschwindigkeit des Fahrrads 1 wird in einem kontinuierlich durchgeführten Verfahren das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 unter Berücksichtigung eines potentiell am Hinterrad 3 des Fahrrads 1 auftretenden Schlupfs geregelt beziehungsweise gesteuert. Hierzu wird in einem Schritt S1 zunächst ein Ist-Schlupfwert an dem Antriebsrad 3 auf der Basis einer Abweichung zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert bezüglich des Rotationszustands des Antriebsrads 3 erfasst. Hierzu wird in der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuerungsvorrichtung 8 zunächst die gegenwärtige Geschwindigkeit des Fahrrads 1 auf der Grundlage der erfassten Drehzahl des Vorderrads 10 bestimmt. Unter der Voraussetzung, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Vorderrads 10 die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 ausreichend genau wiedergibt, kann sodann die Umfangsgeschwindigkeit des Hinterrads 3 dahingehend bewertet werden, ob eine Abweichung unter Berücksichtigung der erfassten Geschwindigkeit des Fahrrads 1 vorliegt. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Umfangsgeschwindigkeit des Hinterrads 3 durch Bestimmen der Drehzahl der elektrischen Maschine 7 durch die Steuerungsvorrichtung 8 bestimmt.In addition to the above-mentioned control with respect to the speed of the bicycle 1, the drive torque of the electric machine 7 is regulated or controlled in a continuously performed process taking into account a slip that may potentially occur on the rear wheel 3 of the bicycle 1. For this purpose, in a step S1, an actual slip value on the drive wheel 3 is first recorded on the basis of a deviation between a target value and an actual value with respect to the rotational state of the drive wheel 3. For this purpose, in the present embodiment, the control device 8 first determines the current speed of the bicycle 1 on the basis of the detected speed of the front wheel 10. Provided that the peripheral speed of the front wheel 10 reflects the speed of the bicycle 1 sufficiently accurately, the peripheral speed of the rear wheel 3 can then be assessed to determine whether there is a deviation taking into account the detected speed of the bicycle 1. As described above, the peripheral speed of the rear wheel 3 is determined by determining the speed of the electric machine 7 by the control device 8.

Aus der Abweichung der Umfangsgeschwindigkeit des Hinterrads 3 und der die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 über dem Untergrund darstellenden Umfangsgeschwindigkeit des Vorderrads 10 kann bestimmt werden, ob ein Schlupf zwischen dem Hinterrad 3 und dem Untergrund vorliegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird aus den Differenzen zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Hinterrads 3 und der Umfangsgeschwindigkeit des Vorderrads 10 ein Wert bestimmt, der als Schlupfwert bezeichnet wird.From the deviation between the peripheral speed of the rear wheel 3 and the peripheral speed of the front wheel 10, which represents the speed of the bicycle 1 over the ground, it can be determined whether there is slippage between the rear wheel 3 and the ground. In the present embodiment, a value, which is referred to as the slippage value, is determined from the differences between the peripheral speed of the rear wheel 3 and the peripheral speed of the front wheel 10.

Aufgrund der Tatsache, dass ein gewisser Schlupf des Hinterrads 3 während des Antriebs als zulässig betrachtet werden kann, wird zunächst geprüft, ob der erfasste Schlupfwert größer als der zulässige Schlupfwert ist oder nicht. Für den Fall, dass der erfasste Schlupfwert, nämlich der Ist-Schlupfwert, größer als der zulässige Schlupfwert ist, wird in Schritt S2 die Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert bestimmt. Aufgrund dieser Differenz wird in Schritt S2 unter Verwendung eines PID-Regelkreises das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 eingestellt. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform ausgehend von dem aktuellen von der Steuerungsvorrichtung 8 vorgegebenem Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine durch den PID-Regelkreis mit einem vorbestimmten Verlauf in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert eine Verringerung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine vorgegeben. Dabei sind in der vorliegenden Ausführungsform die Parameter des PID-Regelkreises so voreingestellt, dass ein Überschwingen der Regelung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine vermieden wird und gleichzeitig der Ist-Schlupfwert mit einem schnellen Ansprechverhalten auf den oder unter den zulässigen Schlupfwert verringert werden kann.Due to the fact that a certain amount of slip of the rear wheel 3 during driving can be considered permissible, it is first checked whether the detected slip value is greater than the permissible slip value or not. In the event that the detected slip value, namely the actual slip value, is greater than the permissible slip value, the difference between the actual slip value and the permissible slip value is determined in step S2. Based on this difference, the drive torque of the electric machine 7 is adjusted in step S2 using a PID control loop. In particular, in this embodiment, starting from the current drive torque of the electric machine specified by the control device 8, a reduction in the drive torque of the electric machine is specified by the PID control loop with a predetermined profile depending on the difference between the actual slip value and the permissible slip value. In the present embodiment, the parameters of the PID control loop are preset in such a way that overshoot of the control of the drive torque of the electric machine is avoided and at the same time the actual slip value can be reduced to or below the permissible slip value with a rapid response.

Aufgrund der in Schritt S2 vorgenommenen Regelung unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises kann somit auf der Grundlage einer gezielten Verringerung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine 7 der Schlupfzustand des Fahrrads 1 gemindert oder aufgehoben werden.Due to the control carried out in step S2 using a closed control loop, the slip state of the bicycle 1 can thus be reduced or eliminated on the basis of a targeted reduction in the drive torque of the electric machine 7.

Parallel zu dem Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine 7 auf der Grundlage des Schritts S2 unter Verwendung des geschlossenen Regelkreises wird in Schritt S3 das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine zusätzlich unter Verwendung einer Zielwertsteuerung in der Form einer Vorsteuerung eingestellt. Hierzu wird in Schritt S3 zunächst der in Schritt S1 erfasste Ist-Schlupfwert mit dem zulässigen Schlupfwert verglichen. Bei Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert, wenn nämlich der Ist-Schlupfwert um einen vorbestimmten Betrag größer als der zulässige Schlupfwert ist, wird das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 so eingestellt, dass an dem Hinterrad 3 eine verringerte Antriebskraft vorliegt und somit der Ist-Schlupfwert verringert wird. Hierzu wird eine Zielwertsteuerung eingesetzt, bei der die Verringerung des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine auf der Grundlage der Charakteristik des Fahrrads 1, auf das die Zielwertsteuerung angewendet wird, berücksichtigt werden.In parallel to the control of the drive torque of the electric machine 7 on the basis of step S2 using the closed control loop, in step S3 the drive torque of the electric machine is additionally set using a target value control in the form of a feedforward control. For this purpose, in step S3 the actual slip value detected in step S1 is first compared with the permissible slip value. When a predetermined difference is detected between the actual slip value and the permissible slip value, namely when the actual slip value is greater than the permissible slip value by a predetermined amount, the drive torque of the electric machine 7 is set such that there is a reduced drive force on the rear wheel 3 and thus the actual slip value is reduced. For this purpose, a target value control is used in which the reduction in the drive torque of the electric machine is taken into account on the basis of the characteristics of the bicycle 1 to which the target value control is applied.

Somit wird in Schritt S3 nach der Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine ausgehend von dem aktuellen Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 verringert, wobei bei dieser Verringerung in der vorliegenden Ausführungsform ein zeitlicher Verlauf der Absenkung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine 7 verwendet wird, der einer zeitabhängigen Rampe mit einer negativen Steigung entspricht. Sobald die vorbestimmte Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert wieder unterschritten wurde, wird die Zielwertsteuerung beendet und wird die elektrische Maschine 7 mit dem zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Antriebsdrehmoment betrieben.Thus, in step S3, after detecting a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value, the drive torque of the electric machine is reduced starting from the current drive torque of the electric machine 7, wherein in the present embodiment, a time profile of the reduction of the drive torque of the electric machine 7 is used for this reduction, which corresponds to a time-dependent ramp with a negative gradient. As soon as the predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value is again undershot, the target value control is ended and the electric machine 7 is operated with the drive torque present at that time.

Gemäß dem Grundkonzept des Steuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Vorteile der Verwendung eines geschlossenen Regelkreises in der Form eines PID-Reglers und einer Zielwertsteuerung miteinander verbunden. Die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises bietet eine sehr genaue Angleichung des Ist-Schlupfwerts an den Soll-Schlupfwert in der Form des vorbestimmten zusätzlichen Schlupfwerts, wobei die verwendete PID-Regelung naturgemäß einer gewissen Verzögerung im Ansprechverhalten unterliegt. Da jedoch beispielsweise beim Fahren mit dem Fahrrad 1 auf rutschigem Untergrund zur Beibehaltung der Fahrsicherheit ein unmittelbarer Eingriff in den Betrieb der Antriebseinrichtung 2 erforderlich ist, um beispielsweise ein Ausbrechen des Hinterrads 3 mit den entsprechenden Folgen zu verhindern, wird die in dem Schritt S2 ausgeführte Zielwertsteuerung über die in dem Schritt S3 ausgeführte Regelung mit dem geschlossenen Regelkreis überlagert. Im Ergebnis kann die in dem Schritt S3 verwendete Zielwertsteuerung mit dem entsprechenden schnellen Ansprechverhalten die Sicherheit des Fahrrads 1 insbesondere auf rutschigem Untergrund erhöhen, da bereits in Sekundenbruchteilen der Ist-Schlupfwert so stark verringert werden kann, dass das Risiko eines Unfalls weitestgehend verhindert werden kann. Zusätzlich kann die genaue Regelung des Antriebsdrehmoments durch die in dem Schritt S3 ausgeführte Regelung mit dem geschlossenen Regelkreis ausgeführt werden, um das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 sehr genau auf den zulässigen Schlupfwert zu regeln.According to the basic concept of the control method according to the present embodiment, the advantages of using a closed control loop in the form of a PID controller and a target value control are combined. The use of a closed control loop offers a very precise adjustment of the actual slip value to the target slip value in the form of the predetermined additional slip value, whereby the PID control used is naturally subject to a certain delay in response. However, since, for example, when riding the bicycle 1 on slippery ground, immediate intervention in the operation of the drive device 2 is required to maintain driving safety in order to prevent, for example, the rear wheel 3 from breaking out with the corresponding consequences, the target value control carried out in step S2 is superimposed on the closed control loop carried out in step S3. As a result, the target value control used in step S3 with the corresponding fast response can increase the safety of the bicycle 1, especially on slippery surfaces, since the actual slip value can be reduced so much in fractions of a second that the risk of an accident can be largely prevented. In addition, the precise control of the drive torque can be achieved by the control carried out in step S3 with the closed Control loop must be implemented to regulate the drive torque of the electric machine 7 very precisely to the permissible slip value.

In einer weiteren Ausführungsform wird für die Steuerung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine 7 unter Verwendung einer Zielwertsteuerung in der Form einer Vorsteuerung ein zulässiger Schlupfwert vorgegeben, der größer ist als der zulässige Schlupfwert, der für die Regelung des Antriebsdrehmoments auf der Grundlage des geschlossenen Regelkreises vorgegeben wird. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass die Zielwertsteuerung bei Erreichen des zulässigen Schlupfwertes, der für die Zielwertsteuerung vorgegeben ist, beendet wird. In diesem Fall wird nachfolgend die Regelung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine mit dem geschlossenen Regelkreis durchgeführt, bis der zulässige Schlupfwert erreicht ist, der für die Regelung mit dem geschlossenen Regelkreis vorgegeben ist. Somit wird in dieser Ausführungsform zunächst als Vorsteuerung die Zeilwertsteuerung mit dem schnellen Ansprechverhalten eingesetzt und darauffolgend die Regelung mit dem geschlossenen Regelkreis durchgeführt, so sich insgesamt ein vorteilhaftes Regelungsverhalten ergibt. Es ist anzumerken, dass für diese und andere Ausführungsformen der zulässige Schlupfwert, der für die Regelung mit dem geschlossenen Regelkreis vorgegeben ist, auf einen Wert von null gesetzt werden kann. In diesem Fall kann der Schlupf am Hinterrad 3 stark verringert werden.In a further embodiment, a permissible slip value is specified for controlling the drive torque of the electric machine 7 using a target value control in the form of a feedforward control, which is greater than the permissible slip value specified for the closed-loop control of the drive torque. This measure ensures that the target value control is terminated when the permissible slip value specified for the target value control is reached. In this case, the drive torque of the electric machine is subsequently controlled using the closed-loop control until the permissible slip value specified for the closed-loop control is reached. Thus, in this embodiment, the time value control with the fast response behavior is first used as the feedforward control and then the closed-loop control is carried out, so that an advantageous control behavior is obtained overall. It should be noted that for this and other embodiments, the permissible slip value specified for the closed-loop control can be set to a value of zero. In this case, the slip on the rear wheel 3 can be greatly reduced.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Regelungsparameter des PID-Reglers einstellbar. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform die Reglerstellgrenze für das Antriebsdrehmoment des PID-Reglers zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und null eingestellt. Dabei ist die Reglerstellgrenze diejenige Größe, mit der der PID-Regler das gegenwärtig vorliegende Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 verändert. Für den Fall, dass die Reglerstellgrenze auf einen Wert von null eingestellt ist, wird die Funktion des PID-Reglers unterbunden und wird in der vorliegenden Ausführungsform ausschließlich die in dem Schritt S3 vorgesehene Zielwertsteuerung eingesetzt. Für den Fall, dass die Reglerstellgrenze auf den Maximalwert eingestellt wird, kann durch den PID-Regler das gegenwärtig vorliegende Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 bis auf einen Wert von null abgesenkt werden, so dass für diesen Fall eine Abschaltung des Unterstützungsbetriebs durch die elektrische Maschine 7 vorgesehen ist. Dabei kann der vorbestimmte Maximalwert der Reglerstellgrenze abhängig von dem gegenwärtigen Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 variabel eingestellt werden.In a further embodiment, the control parameters of the PID controller are adjustable. In particular, in the present embodiment, the controller setting limit for the drive torque of the PID controller is set between a predetermined maximum value and zero. The controller setting limit is the value with which the PID controller changes the currently existing drive torque of the electric machine 7. If the controller setting limit is set to a value of zero, the function of the PID controller is inhibited and in the present embodiment, only the target value control provided in step S3 is used. If the controller setting limit is set to the maximum value, the PID controller can reduce the currently existing drive torque of the electric machine 7 to a value of zero, so that in this case the support operation by the electric machine 7 is switched off. The predetermined maximum value of the controller setting limit can be set variably depending on the current drive torque of the electric machine 7.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Verstellung der Reglerstellgrenzen zwischen dem vorbestimmten Maximalwert und null ein vorbestimmter zeitlicher Verlauf verwendet wird, der in der vorliegenden Ausführungsform als Rampe vorgesehen ist. Mit dieser Ausführungsform wird bewirkt, dass bei der Umstellung der Reglerstellgrenzen keine abrupte Änderung des Antriebsdrehmoments der elektrischen Maschine 7 erzeugt wird, wodurch sich ein unerwünschter Schlupfzustand am Hinterrad 3 ergeben könnte.In a further embodiment, it is provided that when adjusting the controller setting limits between the predetermined maximum value and zero, a predetermined time profile is used, which in the present embodiment is provided as a ramp. This embodiment ensures that when changing the controller setting limits, no abrupt change in the drive torque of the electric machine 7 is generated, which could result in an undesirable slip condition on the rear wheel 3.

In den vorstehend diskutierten Ausführungsformen wird zur Verminderung des Schlupfs an dem Hinterrad 3 in vorbestimmten Betriebszuständen das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 geregelt beziehungsweise gesteuert. Es ist anzumerken, dass in den vorliegenden Ausführungsformen unabhängig von der Konstruktion der Antriebseinrichtung 2 das von der Getriebevorrichtung 5 auf das Ausgangsdrehmoment 6 aufgebrachte Antriebsdrehmoment, das sich aus der eingeleiteten Muskelkraft ergibt, nicht geregelt oder verändert wird. Außerdem wird als Regelgröße in den vorstehenden Ausführungsformen die Regelung der Antriebskraft auf das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 7 beschränkt.In the embodiments discussed above, the drive torque of the electric machine 7 is regulated or controlled in order to reduce the slip on the rear wheel 3 in predetermined operating states. It should be noted that in the present embodiments, regardless of the design of the drive device 2, the drive torque applied by the transmission device 5 to the output torque 6, which results from the introduced muscle power, is not regulated or changed. In addition, the control of the drive force is limited to the drive torque of the electric machine 7 as a controlled variable in the above embodiments.

BezugszeichenReference symbols

11
FahrradBicycle
22
AntriebseinrichtungDrive system
33
Antriebsrad (Hinterrad)Drive wheel (rear wheel)
44
KurbeleinrichtungCrank mechanism
55
GetriebevorrichtungGearbox device
66
AusgangselementOutput element
77
elektrische Maschineelectric machine
88th
SteuerungsvorrichtungControl device
99
EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
1010
nicht angetriebenes Rad (Vorderrad)non-driven wheel (front wheel)
S1S1
Erfassen Ist-SchlupfwertRecord actual slip value
S2S2
Regeln Antriebsdrehmoment (geschlossener Regelkreis)Control drive torque (closed control loop)
S3S3
Steuern Antriebsdrehmoment (Zielwertsteuerung)Control drive torque (target value control)

Claims (12)

Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs eines Antriebsrades (3) des Fahrrads (1), wobei die Muskelkraft durch eine Kurbeleinrichtung (4) in die Antriebseinrichtung (2) einleitbar ist und durch eine Getriebevorrichtung (5) auf ein Ausgangselement (6) der Antriebseinrichtung übertragbar ist, wobei die Antriebseinrichtung (2) eine elektrische Maschine (7) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmomentes zur elektrischen Unterstützung aufweist, wobei ein Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine (7) auf das Ausgangselement (6) der Antriebseinrichtung (2) aufbringbar ist, mit den folgenden Schritten: - (S1) Erfassen eines Ist-Schlupfwertes an dem Antriebsrad (3) auf der Basis einer Abweichung zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert bezüglich eines Rotationszustands des Antriebsrads (3); - (S2) Regeln des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine (7) auf der Basis des Ist-Schlupfwertes in Richtung eines zulässigen Schlupfwerts, der geringer als der Ist-Schlupfwert ist, unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises; - (S3) zumindest zeitweises Steuern des Antriebsdrehmomentes der elektrischen Maschine (7) bei Erfassung einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Ist-Schlupfwert und dem zulässigen Schlupfwert zur Verringerung der Differenz des Ist-Schlupfwertes und des zulässigen Schlupfwertes unter Verwendung einer Zielwertsteuerung.Control method for a bicycle (1) with a drive device (2) for at least temporary electrical support of a drive of a drive wheel (3) of the bicycle (1) by muscle power, wherein the muscle power is fed into the drive device (2) by a crank device (4) can be introduced and transmitted by a transmission device (5) to an output element (6) of the drive device, wherein the drive device (2) has an electric machine (7) for providing a drive torque for electrical assistance, wherein a drive torque of the electric machine (7) can be applied to the output element (6) of the drive device (2), with the following steps: - (S1) detecting an actual slip value on the drive wheel (3) on the basis of a deviation between a target value and an actual value with respect to a rotational state of the drive wheel (3); - (S2) regulating the drive torque of the electric machine (7) on the basis of the actual slip value in the direction of a permissible slip value which is less than the actual slip value, using a closed control loop; - (S3) at least temporarily controlling the drive torque of the electric machine (7) upon detection of a predetermined difference between the actual slip value and the permissible slip value in order to reduce the difference between the actual slip value and the permissible slip value using a target value control. Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (S2) des Regelns des Antriebsdrehmomentes ein PID-Regler eingesetzt wird.Control method for a bicycle (1) according to Claim 1 , characterized in that in step (S2) of controlling the drive torque, a PID controller is used. Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reglerstellgrenze für das Antriebsdrehmoment des PID-Reglers innerhalb eines Bereichs zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und 0 einstellbar ist.Control method for a bicycle (1) according to Claim 2 , characterized in that a controller setting limit for the drive torque of the PID controller is adjustable within a range between a predetermined maximum value and 0. Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Reglerstellgrenze des PID-Reglers ein vorbestimmter Verlauf einschließlich einer Rampenfunktion angewendet wird.Control method for a bicycle (1) according to Claim 3 , characterized in that a predetermined curve including a ramp function is used to set the controller setting limit of the PID controller. Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Soll-Wert und Ist-Wert bezüglich des Rotationzustandes des Antriebsrads (3) eine Soll-Drehzahl beziehungsweise eine IstDrehzahl des Antriebsrads (3) berücksichtigt werden.Control method for a bicycle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a target speed and an actual speed of the drive wheel (3) are taken into account as target value and actual value with respect to the rotational state of the drive wheel (3). Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Soll-Wert und Ist-Wert bezüglich des Rotationzustandes des Antriebsrads (3) eine Soll-Drehbeschleunigung beziehungsweise eine Ist-Drehbeschleunigung des Antriebsrads (3) berücksichtigt werden.Control method for a bicycle (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a desired rotational acceleration and an actual rotational acceleration of the drive wheel (3) are taken into account as desired value and actual value with respect to the rotational state of the drive wheel (3). Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert bezüglich des Rotationzustandes des Antriebsrads (3) aus einem Drehzahlsignal der elektrischen Maschine (7) der Antriebseinrichtung (2) abgeleitet wird.Control method for a bicycle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actual value with respect to the rotational state of the drive wheel (3) is derived from a speed signal of the electric machine (7) of the drive device (2). Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert bezüglich des Rotationzustandes des Antriebsrads (3) aus einer direkt oder indirekt bestimmbaren Geschwindigkeit des Fahrrads (1) über dem Untergrund ableitbar ist.Control method for a bicycle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the target value with respect to the rotational state of the drive wheel (3) can be derived from a directly or indirectly determinable speed of the bicycle (1) over the ground. Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (7) auf der Grundlage von Betriebsbedingungen des Fahrrads (1) einschließlich des Betriebszustands der Kurbeleinrichtung (4) geregelt wird.Control method for a bicycle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of the electric machine (7) is controlled on the basis of operating conditions of the bicycle (1) including the operating state of the crank device (4). Steuerungsverfahren für ein Fahrrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine (7) abtriebsseitig ohne Durchlaufen der Getriebevorrichtung (5) auf das Ausgangselement (6) der Antriebseinrichtung (2) aufgebracht wird.Control method for a bicycle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive torque of the electric machine (7) is applied on the output side to the output element (6) of the drive device (2) without passing through the transmission device (5). Steuerungsvorrichtung (8) für eine Antriebseinrichtung (2) für ein Fahrrad (1) mit Eingabeschnittstellen zur Aufnahme von Eingangssignalen und Ausgabeschnittstellen zur Ausgabe von Ausgangssignalen und einer Einrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (7), wobei die Steuerungsvorrichtung (8) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.Control device (8) for a drive device (2) for a bicycle (1) with input interfaces for receiving input signals and output interfaces for outputting output signals and a device for controlling an electrical machine (7), wherein the control device (8) is set up to carry out the method according to one of the preceding claims. Fahrrad (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs eines Antriebsrades (3) des Fahrrads (1) und mit einer Steuerungsvorrichtung (8) nach Anspruch 11.Bicycle (1) with a drive device (2) for at least temporary electrical support of a drive by muscle power of a drive wheel (3) of the bicycle (1) and with a control device (8) according to Claim 11 .
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