WO2023213630A1

WO2023213630A1 - Method for controlling a torque assist of a drive unit of a vehicle

Info

Publication number: WO2023213630A1
Application number: PCT/EP2023/060926
Authority: WO
Inventors: Merlin Martin MANEWALD; Joseph Reck; Daniel Baumgaertner; Daniel Gronbach
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-11-09

Abstract

The invention relates to a method for controlling a torque assist of a drive unit of a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an e-bike. The torque assist is based partly on a a system model and partly on a boosting of a pedaling torque by an assist factor, said pedaling torque being provided by an operator, wherein the assist factor is determined on the basis of the pedaling torque, in particular in a progressive manner, and the system model is based at least on the speed and/or acceleration of the vehicle and a compensation for disturbance variables, in particular an incline and frictional resistance.

Description

Beschreibung Description

Titel title

Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs Method for controlling torque support of a drive unit of a vehicle

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, ein Pedelec oder dergleichen. The invention relates to a method for controlling torque support of a drive unit of a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, a Pedelec or the like.

Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie eBike, Pedelec oder dergleichen, mit einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken. The invention further relates to a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, Pedelec or the like, with a drive unit, the drive unit being designed to increase a pedaling torque through controlled torque support.

Obwohl die vorliegende Erfindung auf beliebige Fahrzeuge anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eBikes erläutert. Although the present invention is applicable to any vehicle, the present invention will be explained with reference to eBikes.

Stand der Technik State of the art

EBikes können einem Fahrer eine Drehmomentunterstützung bereitstellen, um ein Tretdrehmoment des Fahrers zu verstärken, beispielsweise wenn eine Steigung durchfahren wird. Durch ein geeignetes Systemmodell, welches die Grundlage für die Ermittlung der Größe der Drehmomentunterstützung darstellt, können dabei externe Störeffekte wie Wind oder auch eine Steigung durch die Drehmomentunterstützung kompensiert werden. EBikes can provide torque assistance to a rider to increase pedaling torque of the rider, for example when traveling up an incline. Using a suitable system model, which forms the basis for determining the size of the torque support, external disruptive effects such as wind or an incline can be compensated for by the torque support.

Jedoch ist die Berechnung der Störeffekte träge, da die dafür notwendigen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen lediglich mit Verzögerung bestimmt werden können. Wenn ein Fahrer somit beispielsweise plötzlich ein erhöhtes Dreh- moment benötigt, beispielsweise wenn dieser sich am Anfang einer Steigung befindet, stellt die Drehmomentunterstützung zunächst ein zu niedriges Drehmoment bereit. Hierdurch wird das Fahrerlebnis für den Fahrer beeinträchtigt. However, the calculation of the disruptive effects is slow because the necessary speeds and/or accelerations can only be determined with a delay. For example, if a driver suddenly notices an increased speed torque is required, for example if it is at the beginning of an incline, the torque support initially provides too low a torque. This impairs the driving experience for the driver.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, bereit, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodells und einem Anteil einer Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor, insbesondere progressiv, abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und einem Ausgleich von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert. Als Störgröße spielt die Massenträgheit eine besondere Rolle bei der Anwendung des Verfahrens zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Lastenfahrrads. Aufgrund der teilweise hohen Zuladung spielt die Massenträgheit eine besondere Rolle. In one embodiment, the present invention provides a method for controlling torque support of a drive unit of a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, wherein the torque support is based on a portion of a system model and a portion of an amplification of a pedaling torque provided by a driver by a support factor based, wherein the support factor is determined, in particular progressively, depending on the pedaling torque and wherein the system model is based at least on a speed and / or acceleration of the vehicle and a compensation of disturbance variables, in particular a gradient, a mass inertia and a frictional resistance. As a disturbance variable, mass inertia plays a particular role when using the method for controlling torque support of a drive unit of a cargo bicycle. Due to the sometimes high payload, inertia plays a special role.

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie ein eBike, mit einer Antriebseinheit bereit, wobei die Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodell und einem Anteil einer Verstärkung des von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und einem Ausgleich von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert. Vorteil hiervon ist, dass durch das Zusammenspiel des Systemmodells und der Verstärkung des Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor schnell auf veränderte Drehmomentanforderungen reagiert werden kann, während gleichzeitig durch das Systemmodell längerfristige Störungen wie beispielsweise eine Steigung, einer Massenträgheit oder ein Luftwiderstand ausgeglichen werden können. Auf diese Weise kann die Regelung der Drehmomentunterstützung schnell und präzise erfolgen. Darüber hinaus kann die Regelung auch auf individuelle Bedürfnisse des Fahrers angepasst werden, indem beispielsweise ein künstlicher Rückenwind durch die Drehmomentunterstützung simuliert wird. In one embodiment, the present invention provides a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, with a drive unit, wherein the drive unit is designed to amplify a pedaling torque through controlled torque support, the torque support being based on a proportion of a system model and a proportion an amplification of the pedaling torque provided by a driver by a support factor, wherein the support factor is determined depending on the pedaling torque and wherein the system model is based at least on a speed and / or acceleration of the vehicle and a compensation of disturbance variables, in particular a gradient, a mass inertia and a frictional resistance , based. The advantage of this is that through the interaction of the system model and the amplification of the pedaling torque by a support factor, it is possible to react quickly to changing torque requirements, while at the same time the system model can compensate for long-term disturbances such as an incline, mass inertia or air resistance. In this way, the torque support can be controlled quickly and precisely. In addition, the control can also be adapted to the driver's individual needs, for example by simulating an artificial tailwind using torque support.

Unter dem Begriff „Systemmodell“ ist insbesondere in der Beschreibung, vorzugsweise in den Ansprüchen, ein Modell zu verstehen, mit dem das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschrieben werden kann. Das Systemmodell beschreibt eine idealisierte oder vorgebbare Fahrweise, beispielsweise eine Fahrt in der Ebene mit 20 km/h. Daraus wird dann ein vorgebbares, benötigtes oder idealisiertes Tretdrehmoment ermittelt. Wenn das tatsächliche Tretdrehmoment sich von dem idealisierten Tretdrehmoment unterscheidet, also zusätzliche Störgrößen das Fahrzeug beeinflussen, kann das Restdrehmoment durch die Drehmomentunterstützung der Antriebseinheit kompensiert werden. Das Systemmodell kann die Form The term “system model” is particularly used in the description, preferably in the claims, to mean a model with which the driving behavior of the vehicle can be described. The system model describes an idealized or predeterminable driving style, for example driving on the flat at 20 km/h. A predeterminable, required or idealized pedaling torque is then determined from this. If the actual pedaling torque differs from the idealized pedaling torque, i.e. additional disturbances influence the vehicle, the residual torque can be compensated for by the torque support of the drive unit. The system model can take the form

M * v + D * v + g = Q * f_h + a * g aufweisen. Dabei beschreibt M eine vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, v eine Beschleunigung des Fahrzeugs, D einen Reibwert des Fahrzeugs, v eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, g Störgrößen wie eine Steigung, Q den Unterstützungsfaktor, f_h das Tretdrehmoment, a einen Anteilsfaktor des Störgrößenausgleichs und g den Störgrößenausgleich. Die linke Seite der Gleichung beschreibt somit Kräfte, die von dem Fahrzeug überwunden werden müssen - beispielsweise Beschleunigung, Reibung, Steigung und die rechte Seite beschreibt wodurch die benötigten Kräfte erzeugt werden - zum Beispiel Tretdrehmoment, Unterstützung des Drehmoments durch einen Antrieb, Störgrößenausgleich. M * v + D * v + g = Q * f _h + a * g. M describes a predetermined mass of the vehicle, v an acceleration of the vehicle, D a coefficient of friction of the vehicle, v a speed of the vehicle, g disturbance variables such as an incline, Q the support factor, f _h the pedaling torque, a a proportion factor of the disturbance variable compensation and g the disturbance variable compensation. The left side of the equation describes forces that have to be overcome by the vehicle - for example acceleration, friction, incline and the right side describes how the required forces are generated - for example pedaling torque, support of the torque by a drive, compensation for disturbance variables.

Der Vestärkungsfaktor Q ist abhängig von dem Tretdrehmoment f_h, das heißt Q = Q(fh). Folglich wird bei Erhöhung des Tretdrehmoments f_h ein Teil des Antriebs- drehmoments Q * f_h überproportional erhöht. Somit ist die Drehmomentunterstützung reaktiv und kann schnell auf sich verändernde Drehmomentanforderungen reagieren, weil bei einer Erhöhung des Tretdrehmoments durch den Fahrer die Drehmomentunterstützung durch den überproportionalen Zusammenhang von Verstärkungsfaktor und Tretdrehmoment direkt erhöht wird. The amplification factor Q depends on the pedaling torque f _h , that is, Q = Q(fh). Consequently, when the pedaling torque f _h is increased, part of the drive torque Q * f _h increased disproportionately. The torque support is therefore reactive and can react quickly to changing torque requirements because when the driver increases the pedaling torque, the torque support is directly increased due to the disproportionate relationship between the gain factor and the pedaling torque.

Das Tretdrehmoment ist insbesondere definiert als der Anteil eines Gesamtdrehmoments, das auf das Fahrzeug wirkt, der von dem Fahrer bereitgestellt wird, insbesondere durch ein Pedalieren des Fahrers erzeugt wird. The pedaling torque is defined in particular as the proportion of a total torque that acts on the vehicle, which is provided by the driver, in particular is generated by the driver pedaling.

Der Ausgleich von einer oder mehrerer Störgrößen, im Folgenden auch Störgrößenausgleich genannt, beschreibt ein Verfahren bei dem Störgrößen, beispielsweise eine Steigung, einer Massenträgheit oder einen Luftwiderstand, die ein Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen, durch die Drehmomentunterstützung ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise das Fahrzeug eine Steigung durchfährt, also das benötigte Gesamtantriebsdrehmoment durch die Steigung vergrößert wird, wird dieser Einfluss durch eine Erhöhung der Drehmomentunterstützung kompensiert, die Störgröße also „ausgeglichen“. Ein Fahrer des Fahrzeugs empfindet das Fahrverhalten folglich so, als ob die Störgröße nicht existent wäre. Die Größe des Störgrößenausgleichs, also die Größe des Drehmoments, das notwendig ist um sämtliche Störgrößen auszugleichen, kann zeitlich variabel sein. Eine Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen ist definiert als die zeitlichen Veränderung, insbesondere die erste Ableitung, des gesamten für den Ausgleich der Störgrößen genutzten Drehmoments. The compensation of one or more disturbance variables, hereinafter also referred to as disturbance variable compensation, describes a method in which disturbance variables, for example a gradient, mass inertia or air resistance, which influence the driving behavior of the vehicle, are compensated for by the torque support. For example, if the vehicle travels up an incline, i.e. the required total drive torque is increased by the incline, this influence is compensated for by increasing the torque support, i.e. the disturbance is “balanced out”. A driver of the vehicle therefore perceives the driving behavior as if the disturbance did not exist. The magnitude of the disturbance compensation, i.e. the magnitude of the torque that is necessary to compensate for all disturbance variables, can be variable over time. A rate of change in the compensation of the disturbance variables is defined as the change over time, in particular the first derivative, of the total torque used to compensate for the disturbance variables.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar. Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or become apparent thereby.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Anteil des Systemmodells und der Anteil der Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor derart aufeinander abgestimmt, dass durch den Anteil der Verstärkung bei einem hohen Tretdrehmoment ein hoher Unterstützungsfaktor solange bereitgestellt wird, bis durch den Anteil des Systemmodells das Tretdrehmoment so gering wird, dass ein geringer Unterstützungsfaktor oder im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor bereitgestellt wird. „Im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor“ soll hier bedeuten, dass der Unterstützungsfaktor im Wesentlichen Null ist. Dabei ist es unter anderem möglich, bei geringer Störung im Wesentlichen vollständig ohne Motorunterstützung zu fahren. In one embodiment of the method according to the invention, the proportion of the system model and the proportion of the amplification of a pedaling torque provided by a driver are coordinated with one another by a support factor in such a way that the proportion of the amplification at a high pedaling torque provides a high support factor until the proportion of the system model, the pedaling torque becomes so low that a low support factor or essentially no support factor is provided becomes. “Substantially no support factor” is intended here to mean that the support factor is essentially zero. Among other things, it is possible to drive essentially completely without motor support if there is little disruption.

In einer weiteren Ausgestaltung der Unterstützungsfaktor, insbesondere progressiv, derart abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird, dass in einem Bereich unterhalb eines Schwellwerts des Tretdrehmoments der Unterstützungsfaktor im Wesentlichen konstant, insbesondere Null, ist und in einem Bereich oberhalb des Schwellwerts der Unterstützungsfaktor progressiv in Abhängigkeit vom Tretdrehmoment ansteigt. In a further embodiment, the support factor, in particular progressively, is determined as a function of the pedaling torque in such a way that in a range below a threshold value of the pedaling torque the support factor is essentially constant, in particular zero, and in a range above the threshold value the support factor is progressive as a function of the pedaling torque increases.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einer vorab festgelegten Masse des Fahrzeugs und/oder des Fahrers. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Systemmodells verbessert. Die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs kann sich von dem tatsächlichen Gewicht des Fahrzeugs und des Fahrers unterscheiden. Hierdurch kann ein anderes Gewicht des Fahrzeugs simuliert werden. Beispielsweise kann das Modellgewicht dem Gewicht des Fahrzeugs und Fahrers ohne eine angehängte Last entsprechen. Auf diese Weise kann das Gewicht der angehängten Last als Störgröße angesehen werden, die durch das Systemmodell von der Drehmomentunterstützung kompensiert wird. Somit kann sich dann das Fahrzeug so verhalten, als ob keine Last angehängt wäre. According to an advantageous development of the invention, the system model is based on a predetermined mass of the vehicle and/or the driver. This improves the reliability of the system model. The predetermined mass of the vehicle may differ from the actual weight of the vehicle and the driver. This allows a different weight of the vehicle to be simulated. For example, the model weight may correspond to the weight of the vehicle and driver without an attached load. In this way, the weight of the attached load can be viewed as a disturbance variable that is compensated for by the torque support provided by the system model. This means the vehicle can then behave as if no load were attached.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt. Vorteil hiervon ist, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs an unterschiedliche Geschwindigkeiten angepasst werden kann. Zum Beispiel kann die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs bei niedrigen Geschwindigkeiten höher sein, sodass eine einfachere Handhabung des Fahrzeugs ermöglicht wird. Es ist ebenfalls möglich, die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs bei einem Stillstand des Fahrzeugs zu verringern, um ein einfacheres Anfahren zu ermöglichen. Mit anderen Worten wird in der oben genannten Gleichung des Systemmodells M = M(v). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einer Modellsteigung und/oder einem Reibungswert, insbesondere einem Luftreibungswert und/oder einem Rollreibungswert Durch den Reibungswert werden geschwindigkeitsabhängige Reibungseffekte des Fahrzeugs dargestellt. Hierdurch können Reibungseffekte besser kompensiert und/oder vom Fahrer eingestellt werden. Die Steigung des Geländes wird in der Gleichung des Systemmodells nicht berücksichtigt und gilt somit als Störfaktor, der mithilfe des Systemmodells durch die Drehmomentunterstützung kompensiert wird. Somit hat ein Fahrer beim Durchfahren einer Steigung dasselbe Fahrgefühl wie bei einer Fahrt in einer Ebene. Indem das Systemmodell auf einer Modellsteigung basiert, bleibt der Einfluss der Steigung auf das Fahrverhalten zumindest teilweise erhalten. Hierzu kann insbesondere ein Sensor zur Bestimmung der Steigung des Fahrzeugs angeordnet sein. Es ist zudem möglich, zu Trainingszwecken eine konstante Steigung zu simulieren beziehungsweise vorzugeben. According to an advantageous development of the invention, the predetermined mass of the vehicle is determined depending on the speed of the vehicle. The advantage of this is that the driving behavior of the vehicle can be adapted to different speeds. For example, the predetermined mass of the vehicle may be higher at low speeds, allowing easier handling of the vehicle. It is also possible to reduce the predetermined mass of the vehicle when the vehicle is at a standstill to enable easier starting. In other words, in the above equation of the system model, M = M(v). According to an advantageous development of the invention, the system model is based on a model gradient and/or a friction value, in particular an air friction value and/or a rolling friction value. Speed-dependent friction effects of the vehicle are represented by the friction value. This allows friction effects to be better compensated for and/or adjusted by the driver. The slope of the terrain is not taken into account in the equation of the system model and is therefore considered a disturbing factor that is compensated for by torque support using the system model. This means that a driver has the same driving experience when driving up an incline as when driving on a flat level. Because the system model is based on a model gradient, the influence of the gradient on driving behavior is at least partially retained. For this purpose, in particular, a sensor can be arranged to determine the gradient of the vehicle. It is also possible to simulate or specify a constant incline for training purposes.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Reibungswert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt, insbesondere wobei der Reibungswert unterproportional von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt wird. Da die Reibungsverluste nicht als Störgröße im Systemmodell modelliert werden und somit nicht durch die Drehmomentunterstützung kompensiert werden, erhöht sich das notwendige Tretdrehmoment bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Durch den, insbesondere unterproportionalen, geschwindigkeitsabhängigen Reibungswert erhöht sich bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit das notwendige Tretdrehmoment nur anteilsmäßig. Beispielsweise wäre bei einer inversen Abhängigkeit D = D(1/v) der Reibungsverlust unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Hierdurch wird ein angenehmes Fahrgefühl bei hohen Geschwindigkeiten für den Fahrer bereitgestellt. According to an advantageous development of the invention, the friction value is determined depending on the speed of the vehicle, in particular the friction value is determined disproportionately to the speed of the vehicle. Since the friction losses are not modeled as a disturbance variable in the system model and are therefore not compensated for by the torque support, the necessary pedaling torque increases when the speed increases. Due to the speed-dependent friction value, which is particularly disproportionate, the necessary pedaling torque only increases proportionally when the speed increases. For example, with an inverse dependence D = D(1/v), the friction loss would be independent of the speed of the vehicle. This provides the driver with a pleasant driving experience at high speeds.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einem Modellwind. Durch einen Modellwind kann ein künstlicher Rücken- und/oder Gegenwind in dem Systemmodell simuliert werden. Hierdurch kann das Fahrgefühl für den Fahrer verbessert werden. Der Modellwind kann beispielsweise in der Form D * (v — v_wind) in das Systemmodell einbezogen werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Anteil des Systemmodells durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, gefiltert. Der Störgrößenausgleich kann auf einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung des Fahrzeugs basieren. Da diese Werte gegebenenfalls nicht kontinuierlich gemessen werden, können die ermittelten Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte um einen Mittelwert schwanken, was zu variierenden, insbesondere sich sprunghaft verändernden, Drehmomenten führt, durch die die Antriebseinheit beschädigt oder zumindest stark beansprucht werden könnte. Durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, vorzugsweise einen Tiefpassfilter erster Ordnung, können diese Schwankungen ausgeglichen werden. Vorteil ist, dass die Drehmomentunterstützung gleichmäßiger erfolgen kann, was die Fahrererfahrung beziehungsweise -erlebnis verbessert. According to an advantageous development of the invention, the system model is based on a model wind. A model wind can be used to simulate an artificial tailwind and/or headwind in the system model. This can improve the driving experience for the driver. The model wind can, for example, be included in the system model in the form D * (v — v _wind ). According to an advantageous development of the invention, the portion of the system model is filtered by a filter, in particular a low-pass filter. The disturbance compensation can be based on a speed and an acceleration of the vehicle. Since these values may not be measured continuously, the determined speed and acceleration values can fluctuate around an average value, which leads to varying, in particular suddenly changing, torques, which could damage the drive unit or at least place it under heavy stress. These fluctuations can be compensated for by a filter, in particular a low-pass filter, preferably a first-order low-pass filter. The advantage is that the torque support can be provided more evenly, which improves the driver experience.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Anteil des Systemmodells abhängig von einer Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen gefiltert. Beispielsweise kann die Stärke des Filters durch Veränderung einer Zeitkonstante des Filters beeinflusst werden. Insbesondere kann die Zeitkonstante des Filters bei einer negativen Änderungsrate des Störgrößenausgleichs kleiner sein als die Zeitkonstante des Filters bei einer positiven Änderungsrate des Störgrößenausgleichs. Die Stärke des Filters ist somit höher, wenn die Drehmomentunterstützung zum Ausgleich von Störgrößen steigt und niedriger wenn die Drehmomentunterstützung zum Ausgleich von Störgrößen sinkt. Die Zeitkonstante des Filters kann Ausschläge der Drehmomentunterstützung verzögern, sodass die Drehmomentunterstützung weniger rauscht und/oder schwankt. Durch den Filter kann die Reaktivität der Drehmomentunterstützung jedoch verlangsamt sein. Beispielsweise kann hierdurch die Drehmomentunterstützung bei Überfahren einer Kuppe eines Berges noch ein hohes Drehmoment bereitstellen, obwohl dies nicht gewünscht ist. Indem die Zeitkonstante des Filters von der Änderungsrate des Störgrößenausgleichs, insbesondere der ersten Ableitung des Störgrößenausgleichs, abhängig ist, kann beispielsweise die Reaktivität der Drehmomentunterstützung bei einer Kuppe des Berges größer sein, als am Beginn des Berges. Hierdurch wird ein „Überschießen“, also ein Bereitstellen von einem zu hohen Drehmoment bei Überfahren des Scheitelpunktes der Kuppe verhindert. Der Anteil der Drehmomentunterstützung aus dem Systemmodell erhöht sich somit vorteilhafterweise langsamer, als er sich verringert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Systemparameter des Systemmodells, insbesondere die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, der Reibungswert, die Modellsteigung und/oder der Modellwind, von einem Nutzer einstellbar. Hierdurch kann das Fahrverhalten auf Wünsche des Fahrers angepasst werden, beispielsweise durch Einstellen eines Rückenwinds, oder einer konstanten Steigung. According to an advantageous development of the invention, the proportion of the system model is filtered depending on a rate of change in the compensation of the disturbance variables. For example, the strength of the filter can be influenced by changing a time constant of the filter. In particular, the time constant of the filter with a negative rate of change of the disturbance compensation can be smaller than the time constant of the filter with a positive rate of change of the disturbance compensation. The strength of the filter is therefore higher when the torque support to compensate for disturbances increases and lower when the torque support to compensate for disturbances decreases. The filter time constant can delay torque assist excursions so that the torque assist is less noisy and/or fluctuating. However, the filter may slow down the reactivity of the torque support. For example, the torque support can still provide a high torque when driving over the top of a mountain, although this is not desired. Since the time constant of the filter is dependent on the rate of change of the disturbance compensation, in particular the first derivative of the disturbance compensation, the reactivity of the torque support can, for example, be greater at the top of the mountain than at the beginning of the mountain. This prevents “overshooting”, i.e. providing too high a torque when driving over the apex of the crest. The proportion of torque support from the system model therefore advantageously increases more slowly than it decreases. According to an advantageous development of the invention, system parameters of the system model, in particular the predetermined mass of the vehicle, the friction value, the model gradient and/or the model wind, can be adjusted by a user. This allows the driving behavior to be adapted to the driver's wishes, for example by setting a tailwind or a constant incline.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Unterstützungsfaktor abhängig von einer Änderungsrate des Tretdrehmoments festgelegt. Die Änderungsrate des Tretdrehmoments kann insbesondere die erste Ableitung des Tretdrehmoments sein. Hierdurch können plötzliche Änderungen der Drehmomentunterstützung verringert werden. According to an advantageous development of the invention, the support factor is determined depending on a rate of change in the pedaling torque. The rate of change of the pedaling torque can in particular be the first derivative of the pedaling torque. This can reduce sudden changes in torque support.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Preferred versions and embodiments of the present invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to the same or similar or functionally identical components or elements.

Dabei zeigt This shows

Figur 1 in schematischer Form ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figure 1 shows in schematic form a method according to an embodiment of the present invention;

Figur 2 in schematischer Form einen Verlauf eines Drehmomentunterstützungsfaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Figur 3 in schematischer Form ein einspuriges Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 2 shows in schematic form a course of a torque support factor according to an embodiment of the present invention; and Figure 3 shows in schematic form a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention.

Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 1 shows in schematic form a method according to an embodiment of the present invention.

Figur 1 zeigt eine Regelung einer Drehmomentunterstützung eines einspurigen Fahrzeugs 101 mit einer Antriebseinheit 102. Die Drehmomentunterstützung basiert auf einem Systemmodell 103 und einer Verstärkung eines von einem Fahrer (nicht gezeigt) bereitgestellten Tretdrehmoments. Hierfür wird zunächst eine idealisierte Fahrsituation simuliert und das benötigte Tretdrehmoment im idealisierten Fall ermittelt. In der idealisierten Fahrsituation werden Störeffekte wie Luftwiderstand und Steigungen nicht beachtet. Das benötigte Tretdrehmoment multipliziert mit einem konstanten Unterstützungsfaktor 105 entspricht dann einem benötigten Gesamtdrehmoment in der idealisierten Fahrsituation. Figure 1 shows a control of a torque support of a single-track vehicle 101 with a drive unit 102. The torque support is based on a system model 103 and an amplification of a pedaling torque provided by a driver (not shown). For this purpose, an idealized driving situation is first simulated and the required pedaling torque is determined in the idealized case. In the idealized driving situation, disruptive effects such as air resistance and gradients are not taken into account. The required pedaling torque multiplied by a constant support factor 105 then corresponds to a required total torque in the idealized driving situation.

Wenn das tatsächlich von dem Fahrer aufgebrachte Tretdrehmoment größer als das idealisierte Tretdrehmoment ist, wird mittels des Systemmodells 103 ein Störgrößenausgleich 104 ermittelt. Ausgehend von dem Störgrößenausgleich 104 wird das Unterstützungsdrehmoment der Antriebseinheit 102 angepasst, sodass der Fahrer lediglich das aus der idealisierten Fahrsituation ermittelte Tretdrehmoment aufbringen muss, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu halten. Der Unterstützungsfaktor 105 ist in diesem Fall konstant. If the pedaling torque actually applied by the driver is greater than the idealized pedaling torque, a disturbance variable compensation 104 is determined using the system model 103. Based on the disturbance variable compensation 104, the support torque of the drive unit 102 is adjusted so that the driver only has to apply the pedaling torque determined from the idealized driving situation in order to maintain a desired speed. The support factor 105 is constant in this case.

Die Bestimmung des Störgrößenausgleich 104 durch das Systemmodell 103 basiert auf der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Fahrzeugs. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise über einen Sensor an einem Rad ermittelt wird, kann die Geschwindigkeit nur bei jedem vollen Umlauf des Rades ermittelt werden. Aus der Geschwindigkeit kann die Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet werden. Somit ist die Bestimmung des Störgrößenausgleichs 104 träge und kann nicht in Echtzeit berechnet werden. Plötzliche Veränderungen des benötigten Tretdrehmoments können somit nicht sofort durch den Störgrößenausgleich 104 ausgeglichen werden. Um diese Verzögerung auszugleichen, basiert der Unterstützungsfaktor 105 auf dem Tretdrehmoment. Figur 2 zeigt in schematischer Form einen Verlauf eines Tretdrehmomentunterstützungsfaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. The determination of the disturbance variable compensation 104 by the system model 103 is based on the speed and/or the acceleration of the vehicle. For example, if the speed of the vehicle is determined via a sensor on a wheel, the speed can only be determined for each full revolution of the wheel. The acceleration of the vehicle can be calculated from the speed. The determination of the disturbance compensation 104 is therefore slow and cannot be calculated in real time. Sudden changes in the required pedaling torque cannot therefore be immediately compensated for by the disturbance variable compensation 104. To compensate for this delay, the assistance factor 105 is based on the pedaling torque. Figure 2 shows in schematic form a progression of a pedal torque support factor according to an embodiment of the present invention.

In Figur 2 ist ein Diagramm 201 eines Verlaufs 202 eines Unterstützungsfaktors eines Tretdrehmoments gezeigt. Die X-Achse 203 zeigt ein vom einem Fahrer erzeugtes Tretdrehmoment in beliebiger Einheit und die Y-Achse 204 zeigt den dimensionslosen Unterstützungsfaktors des Tretdrehmoments. Der Verlauf 202 ist in zwei Bereiche unterteilt - einen dauerhaften Bereich 205, in dem der Unterstützungsfaktor annähernd konstant ist und einen „Kickdown“-Bereich 206, in dem der Unterstützungsfaktor annähernd linear ansteigt. 2 shows a diagram 201 of a curve 202 of a support factor of a pedaling torque. The X-axis 203 shows a pedaling torque generated by a rider in any unit and the Y-axis 204 shows the dimensionless support factor of the pedaling torque. The course 202 is divided into two areas - a permanent area 205 in which the support factor is approximately constant and a "kickdown" area 206 in which the support factor increases approximately linearly.

Die Drehmomentunterstützung basiert auf zwei Anteilen, einem Störgrößenausgleich, zum Beispiel ein Ausgleich einer Steigung, durch das Systemmodell und einer Tretdrehmomentunterstützung, charakterisiert durch einen Unterstützungsfaktor. The torque support is based on two components, a compensation for disturbance variables, for example a compensation of an incline, by the system model and a pedal torque support, characterized by a support factor.

Wenn ein Fahrer in einer Ebene 207 fährt, ist ein Einfluss der Steigung durch das Systemmodell ausgeglichen und der Unterstützungsfaktor ist niedrig. Somit befindet sich eine Antriebseinheit des Fahrrads im dauerhaften Bereich 205. Sobald der Fahrer einen Übergangsbereich 207' einer Steigung erreicht, erhöht sich der Einfluss der Steigung schnell. Der Störgrößenausgleich durch das Systemmodell ist jedoch träge, sodass der Fahrer stark treten muss, um seine Geschwindigkeit zu halten. Um diesen Effekt zu minimieren ist der Unterstützungsfaktor progressiv abhängig von dem Tretdrehmoment, zum Beispiel linear. Wenn das Tretdrehmoment stark steigt, befindet sich die Antriebseinheit des Fahrrads im Kickdown-Bereich 206 und der Unterstützungsfaktor steigt an. Die benötigte Drehmomenterhöhung durch die Steigung wird somit zumindest teilweise durch die höhere Drehmomentunterstützung aufgrund des höheren Unterstützungsfaktors ausgeglichen. Sobald der Fahrer genügend Zeit die erhöhte Steigung gefahren ist und sich in einem stetigen Bereich 207” der Steigung befindet, ist der Einfluss der Steigung durch den Störgrößenausgleich des Systemmodells wieder ausgeglichen und das Tretdrehmoment des Fahrers verringert sich. Somit verringert sich auch der Unterstützungsfaktor und ist wieder konstant, weil sich die Antriebseinheit des Fahrrads erneut im dauerhaften Bereich 205 befindet. Figur 3 zeigt in schematischer Form ein einspuriges Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. When a driver is driving on a level 207, an influence of the gradient is compensated for by the system model and the support factor is low. A drive unit of the bicycle is therefore in the permanent area 205. As soon as the rider reaches a transition area 207 'of an incline, the influence of the incline increases quickly. However, the system model's compensation for disturbance variables is sluggish, so the driver has to pedal hard to maintain his speed. In order to minimize this effect, the support factor is progressively dependent on the pedaling torque, for example linearly. When the pedaling torque increases sharply, the bicycle's drive unit is in the kickdown region 206 and the assist factor increases. The required torque increase due to the gradient is therefore at least partially compensated for by the higher torque support due to the higher support factor. As soon as the driver has ridden the increased incline for enough time and is in a constant range of 207” of the incline, the influence of the incline is balanced out again by the disturbance variable compensation of the system model and the driver's pedaling torque is reduced. The support factor therefore also decreases and is constant again because the drive unit of the bicycle is once again in the permanent range 205. Figure 3 shows in schematic form a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention.

In Figur 3 ist ein einspuriges Fahrzeug 101 mit Antriebseinheit 102 gezeigt. Das Fahrzeug kann ein eBike sein. Die Antriebseinheit 102 ist dazu ausgebildet, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Systemmodell mit einer Verstärkung des von einem Fahrer (nicht gezeigt) bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor auf dem Tretdrehmoment basiert und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des einspurigen Fahrzeugs 101 und einem Ausgleich von Störgrößen basiert. A single-track vehicle 101 with a drive unit 102 is shown in FIG. The vehicle can be an eBike. The drive unit 102 is designed to amplify a pedaling torque through controlled torque support, the torque support being based on a system model with an amplification of the pedaling torque provided by a driver (not shown) by a support factor, the support factor being based on the pedaling torque and wherein the System model is based at least on a speed and / or acceleration of the single-track vehicle 101 and a compensation of disturbance variables.

Zur Bestimmung des tatsächlich von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments kann an der Antriebseinheit 102 und/oder an dem Fahrzeug 101 ein Drehmomentsensor angeordnet sein. Über einen Geschwindigkeitssensor 304 kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 101 gemessen werden. Die Beschleunigung des Fahrzeugs kann aus der Geschwindigkeit bestimmt werden und/oder durch einen Beschleunigungssensor 305 ermittelt werden. Durch einen Steigungssensor 306 kann optional eine Steigung eines Untergrunds gemessen werden, um die Steigung in das Systemmodell einfließen lassen zu können. To determine the pedaling torque actually provided by a driver, a torque sensor can be arranged on the drive unit 102 and/or on the vehicle 101. The speed of the vehicle 101 can be measured via a speed sensor 304. The acceleration of the vehicle can be determined from the speed and/or determined by an acceleration sensor 305. A slope sensor 306 can optionally be used to measure a slope of a subsurface in order to be able to incorporate the slope into the system model.

Zusammenfassend weist zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest eines der folgenden Merkmale auf und/oder stellt zumindest einen der folgenden Vorteile bereit: In summary, at least one embodiment of the present invention has at least one of the following features and/or provides at least one of the following advantages:

Schnelle Reaktion auf veränderte DrehmomentanforderungenQuick response to changing torque requirements

Angenehmes Fahrgefühl für einen Fahrer Pleasant driving experience for a driver

Individuelle Einstellung der Drehmomentunterstützung Individual setting of the torque support

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the present invention has been described using preferred exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many ways.

Claims

Ansprüche Expectations

1. Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit (102) eines Fahrzeugs (101), insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodells (103) und einem Anteil einer Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) basiert, wobei der Unterstützungsfaktor (105), insbesondere progressiv, abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell (103) zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs (101) und einem Ausgleich (104) von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert. 1. Method for controlling torque support of a drive unit (102) of a vehicle (101), in particular a single-track vehicle such as an eBike, wherein the torque support is based on a portion of a system model (103) and a portion of an amplification of a pedaling torque provided by a driver by one Support factor (105), wherein the support factor (105), in particular progressively, is determined depending on the pedaling torque and the system model (103) is based at least on a speed and/or acceleration of the vehicle (101) and a compensation (104) of disturbance variables, in particular a gradient, a mass inertia and a frictional resistance.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei der Anteil des Systemmodells (103) und der Anteil der Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) derart aufeinander abgestimmt sind, dass durch den Anteil der Verstärkung bei einem hohen Tretdrehmoment ein hoher Unterstützungsfaktor (105) solange bereitgestellt wird, bis durch den Anteil des Systemmodells (103) das Tretdrehmoment so gering wird, dass ein geringer Unterstützungsfaktor (105) oder im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor (105) bereitgestellt wird. 2. The method according to claim 1, wherein the proportion of the system model (103) and the proportion of the amplification of a pedaling torque provided by a driver are coordinated with one another by a support factor (105) in such a way that the proportion of the amplification at a high pedaling torque results in a high support factor (105) is provided until the pedaling torque becomes so low due to the proportion of the system model (103) that a low support factor (105) or essentially no support factor (105) is provided.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Unterstützungsfaktor (105), insbesondere progressiv, derart abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird, dass in einem Bereich unterhalb eines Schwellwerts des Tretdrehmoments der Unterstützungsfaktor (105) im Wesentlichen konstant ist, und in einem Bereich oberhalb des Schwellwerts der Unterstützungsfaktor (105) progressiv in Abhängigkeit vom Tretdrehmoment ansteigt. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the support factor (105), in particular progressively, is determined depending on the pedaling torque in such a way that the support factor (105) is essentially constant in a range below a threshold value of the pedaling torque, and in a range above of the threshold value, the support factor (105) increases progressively depending on the pedaling torque.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einer vorab festgelegten Masse des Fahrzeugs des Fahrzeugs (101) und/oder des Fahrers basiert. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101 ) festgelegt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einer Modellsteigung und/oder einem Reibungswert, insbesondere einem Luftreibungswert und/oder einem Rollreibungswert, basiert. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Reibungswert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101) festgelegt wird, insbesondere wobei der Reibungswert unterproportional von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101 ) festgelegt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einem Modellwind basiert. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil des Systemmodells durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, gefiltert wird. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Anteil des Systemmodells abhängig von einer Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen gefiltert wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Systemparameter des Systemmodells (103), insbesondere die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, der Reibungswert, die Modellsteigung und/oder der Modellwind, von einem Nutzer einstellbar sind. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterstützungsfaktor (105) abhängig von einer Änderungsrate des Tretdrehmoments festgelegt wird. Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie ein eBike, mit einer4. Method according to one of the preceding claims, wherein the system model (103) is based on a predetermined mass of the vehicle (101) and/or the driver. A method according to claim 4, wherein the predetermined mass of the vehicle is determined depending on the speed of the vehicle (101). Method according to one of the preceding claims, wherein the system model (103) is based on a model slope and/or a friction value, in particular an air friction value and/or a rolling friction value. Method according to claim 6, wherein the friction value is determined as a function of the speed of the vehicle (101), in particular wherein the friction value is determined disproportionately to the speed of the vehicle (101). Method according to one of the preceding claims, wherein the system model (103) is based on a model wind. Method according to one of the preceding claims, wherein the portion of the system model is filtered by a filter, in particular a low-pass filter. Method according to claim 9, wherein the proportion of the system model is filtered depending on a rate of change of the compensation of the disturbance variables. Method according to one of the preceding claims, wherein system parameters of the system model (103), in particular the predetermined mass of the vehicle, the friction value, the model gradient and/or the model wind, can be adjusted by a user. Method according to one of the preceding claims, wherein the support factor (105) is determined depending on a rate of change of the pedaling torque. Vehicle, especially a single-track vehicle such as an eBike, with a

Antriebseinheit (102), wobei die Antriebseinheit (102) dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodell (103) und einem Anteil einer Verstärkung des von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) basiert, wobei der Unterstützungsfaktor (105) abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell (103) zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs (101) und einem Ausgleich (104) von Störgrößen, insbesondere einer Steigung und einem Reibungswiderstand, basiert. Drive unit (102), the drive unit (102) being designed to do so To amplify pedaling torque through regulated torque support, the torque support being based on a portion of a system model (103) and a portion of an amplification of the pedaling torque provided by a driver by a support factor (105), the support factor (105) being determined depending on the pedaling torque and wherein the system model (103) is based at least on a speed and/or acceleration of the vehicle (101) and a compensation (104) of disturbance variables, in particular a gradient and a frictional resistance.