DE102009029655A1 - Pedal driven vehicle, comprises electric auxiliary drive, and crank mechanism for driving vehicle by muscular power of driver, where torque sensor is provided for detecting torque generated by driver - Google Patents

Pedal driven vehicle, comprises electric auxiliary drive, and crank mechanism for driving vehicle by muscular power of driver, where torque sensor is provided for detecting torque generated by driver Download PDF

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Abstract

The pedal driven vehicle (1) comprises an electric auxiliary drive (2), and a crank mechanism (3) for driving the vehicle by the muscular power of a driver. A torque sensor (5) is provided for detecting torque generated by the driver. A control unit (4) is provided for controlling the auxiliary electric drive corresponding to the torque generated by a front driver, such that the electric auxiliary drive generates a torque amount to a nominal value of the torque. An independent claim is also included for a method for regulating an electric auxiliary drive of a pedal driven vehicle with a crank mechanism.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein pedalgetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb sowie ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Hilfsantriebs.The present invention relates to a pedal-driven vehicle with an electric auxiliary drive and a method for controlling an electric auxiliary drive.

Pedalgetriebene Fahrzeuge mit elektrischen Hilfsantrieben sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die DE 198 55 585 B4 offenbart ein Leichtfahrzeug mit 3 oder 4 Rädern und für mehrere Insassen, das mit einem Hybridantrieb bestehend aus einem Elektro- und einem Muskelkraftantrieb ausgestattet ist, wobei die Antriebsleistung des Elektromotors auf der Basis der Pedalbetätigung eines oder mehrerer Fahrer gesteuert wird. Hier ist es neben dem hohen Eigengewicht und der hohen Zuladung eines derartigen Fahrzeugs besonders nachteilig, dass eine aufwändige Regelung des Hilfsantriebs erforderlich ist, die unter Verwendung typischer, vorab fix gespeicherter Drehmomentdaten erfolgt, um ein Drehmoment des Hilfsantriebs proportional zu dem durch den Kurbeltrieb aufgebrachten ungleichmäßigen Drehmoment zu einem möglichst gleichmäßigen Gesamtmoment zu regeln. In der DE 196 01 194 C2 wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hilfsantriebs eines Fahrrads in Abhängigkeit eines vom Fahrer abgegebenen Drehmoments offenbart, bei dem kein Drehmomentsensor sondern Speichensensoren zur Erfassung der Geschwindigkeit eingesetzt werden. Ferner erfolgt die Steuerung des Hilfsantriebs derart, dass ein identischer Drehmomentverlauf des Hilfsantriebs um 90° versetzt zum erzeugten Drehmomentverlauf des Fahrers verwendet wird. Durch eine derartige Steuerung des Hilfsantriebs lassen sich Schwankungen des Gesamt-Drehmoments jedoch lediglich verringern, aber nicht völlig beseitigen. Es besteht daher der Wunsch, ein pedalgetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.Pedal-driven vehicles with electric auxiliary drives are known from the prior art in different configurations. The DE 198 55 585 B4 discloses a 3 or 4-wheel lightweight vehicle for a plurality of occupants equipped with a hybrid electric and powered power plant, wherein the driving power of the electric motor is controlled on the basis of the pedal operation of one or more drivers. Here it is particularly disadvantageous in addition to the high weight and the high payload of such a vehicle that a complex control of the auxiliary drive is required, which takes place using typical, pre-stored torque data to a torque of the auxiliary drive proportional to the uneven applied by the crank mechanism To regulate torque to a uniform overall torque as possible. In the DE 196 01 194 C2 discloses a method for controlling an auxiliary drive of a bicycle in response to a torque output by the driver, in which no torque sensor but spokes sensors are used to detect the speed. Furthermore, the control of the auxiliary drive is such that an identical torque curve of the auxiliary drive offset by 90 ° is used for the generated torque curve of the driver. By such control of the auxiliary drive, however, fluctuations in the total torque can only be reduced, but not completely eliminated. There is therefore a desire to provide a pedal-driven vehicle with an electric auxiliary drive, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße pedalgetriebene Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass hiermit ein leichtes, vorzugsweise zweirädriges Fahrzeug bereitgestellt wird, dessen Hilfsantrieb auch bei schwankenden Pedalkräften des Fahrers auf einfache Weise so geregelt wird, dass kontinuierlich eine gleichmäßige Antriebskraft aus dem vom Fahrer aufgebrachten Leistungsanteil und dem vom elektrischen Hilfsantrieb aufgebrachten Leistungsanteil erzeugt wird. Hierzu umfasst das pedalgetriebene Fahrzeug einen elektrischen Hilfsantrieb, einen Kurbeltrieb zum Antreiben des Fahrzeugs durch Muskelkraft eines Fahrers und einen Drehmomentsensor zur Erfassung eines vom Fahrer erzeugten Drehmoments. Ferner umfasst das Fahrzeug eine Steuereinheit zum Steuern des elektrischen Hilfsantriebs, einen Bremssensor zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers und/oder einen Drehzahlsensor zur Erfassung einer Rotation des Kurbeltriebs und/oder einen Positionssensor zur Erfassung einer Kurbeltrieb-Position. Die Steuereinheit ist ausgelegt, den elektrischen Hilfsantrieb basierend auf einem vom Fahrer erzeugten Drehmoment derart zu steuern, dass der elektrische Hilfsantrieb einen zu einem Sollwert des Drehmoments fehlenden Drehmomentbetrag erzeugt. Der vom elektrischen Hilfsantrieb aufzubringende Betrag des Motordrehmoments kann dabei durch eine Subtraktion des durch den Fahrer aktuell erzeugten Drehmoments vom Sollwert des Drehmoments von der Steuereinheit ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des elektrischen Hilfsantriebs ermöglicht somit eine effiziente und vor allem gleichförmige Fahrzeugbewegung ohne Drehmoment- oder Geschwindigkeitsschwankungen selbst bei Fahrern mit ungleichmäßigem Pedalkrafteinsatz, z. B. aufgrund differierender Beinkräfte und/oder einer fehlenden Fixierung der Füße auf den Pedalen.The pedal-driven vehicle according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that hereby a light, preferably two-wheeled vehicle is provided, the auxiliary drive is controlled even with fluctuating pedal forces of the driver in a simple way so that continuously a uniform driving force from the driver applied power component and the applied by the electric auxiliary drive power component is generated. For this purpose, the pedal-driven vehicle comprises an electric auxiliary drive, a crank drive for driving the vehicle by muscle power of a driver and a torque sensor for detecting a torque generated by the driver. Furthermore, the vehicle comprises a control unit for controlling the electric auxiliary drive, a brake sensor for detecting a braking request of the driver and / or a rotational speed sensor for detecting a rotation of the crank drive and / or a position sensor for detecting a crank drive position. The control unit is configured to control the electric auxiliary drive based on a torque generated by the driver in such a way that the auxiliary electric drive generates a torque amount that is missing from a desired value of the torque. The applied by the electric auxiliary drive amount of engine torque can be determined by a subtraction of the torque currently generated by the driver from the target value of the torque from the control unit. The inventive method for controlling the electrical auxiliary drive thus enables efficient and above all uniform vehicle movement without torque or speed fluctuations, even in drivers with uneven pedal force use, z. B. due to differing leg forces and / or a lack of fixation of the feet on the pedals.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehzahlsensor am Kurbeltrieb angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die Tretbewegung des Fahrers unmittelbar am Kurbeltrieb auf einfache Weise zu überwachen bzw. abzutasten.According to an advantageous embodiment of the invention, the speed sensor is arranged on the crank mechanism. This makes it possible to monitor the pedaling movement of the driver directly on the crank mechanism in a simple manner or to scan.

Weiterhin bevorzugt ist der elektrische Hilfsantrieb mit dem Kurbeltrieb verbunden. Dies führt zu einer besonders kompakten Anordnung und schwerpunktsoptimalen Anordnung der beiden Antriebskomponenten des Fahrzeugs.Further preferably, the electric auxiliary drive is connected to the crank mechanism. This leads to a particularly compact arrangement and focus optimal arrangement of the two drive components of the vehicle.

Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Berechnungseinrichtung, welche eine Differenz zwischen einem maximal vom Fahrer erzeugten Drehmoment einer vorhergehenden 360°-Umdrehung des Kurbeltriebs zu einem aktuellen vom Fahrer erzeugten Drehmoment berechnet, wobei die errechnete Differenz eine Stellgröße für den elektrischen Hilfsantrieb ist. Durch diesen Differenzwert kann die Berechnungseinrichtung einen präzisen Anpassungswert als Stellgröße zur Regelung des elektrischen Hilfsantriebs bereitstellen.Preferably, the control unit comprises a calculating device which calculates a difference between a maximum torque generated by the driver of a preceding 360 ° rotation of the crank mechanism to a current torque generated by the driver, wherein the calculated difference is a manipulated variable for the electric auxiliary drive. By this difference value, the calculation device can provide a precise adaptation value as a manipulated variable for controlling the electric auxiliary drive.

Weiterhin bevorzugt ist der Bremssensor an einem Bremshebel des Fahrzeugs angeordnet und/oder der Drehzahlsensor am Kurbeltrieb angeordnet und/oder der Positionssensor am Kurbeltrieb angeordnet. Durch die Anordnung des Bremssensors am Bremshebel wird auf einfache und kostengünstige Weise die Überwachung der Fahrzeugbremse ermöglicht, durch deren Aktivierung der Fahrer den elektrischen Hilfsantrieb sofort abstellen kann. Darüber hinaus ist der Sensor einfach auszutauschen bzw. nachträglich zu montieren. Durch die gewählte Positionierung des Drehzahl- und Positionssensors wird neben einer kompakten Anordnung der Sensoren im Bauraum des Kurbeltriebs vor allem eine kosteneffiziente und betriebssichere Erfassung der Sensorwerte erreicht.Furthermore, the brake sensor is preferably arranged on a brake lever of the vehicle and / or the rotational speed sensor is arranged on the crank drive and / or the position sensor is arranged on the crank drive. The arrangement of the brake sensor on the brake lever is a simple and inexpensive way to monitor the vehicle brake allows, by activating the driver can turn off the electric auxiliary drive immediately. In addition, the sensor is easy to replace or retrofit. The selected positioning of the speed and position sensor, in addition to a compact arrangement of the sensors in the installation space of the crank mechanism, achieves above all cost-effective and reliable detection of the sensor values.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Sollwert des Drehmoments konstant. Hierdurch werden selbst bei einer Bergauffahrt ein für jede Kurbelumdrehung gleichbleibendes Gesamt-Drehmoment und dadurch eine harmonische Fahrzeugbewegung ermöglicht.According to a further preferred embodiment of the invention, the desired value of the torque is constant. As a result, even for an uphill drive for each crank revolution constant overall torque and thus a harmonious vehicle movement allows.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Hilfsantriebs eines pedalgetriebene Fahrzeugs, bei dem in einem ersten Schritt ein durch den Fahrer erzeugter Drehmomentverlauf am Kurbeltrieb während einer ersten Drehung des Kurbeltriebs von 180° ermittelt wird. in einem nachfolgenden zweiten Schritt wird ein Solldrehmomentverlauf als Sollwert für eine zweite Drehung des Kurbeltriebs von 180° gesetzt. Im folgenden Verfahrensschritt wird der vom Fahrer erzeugte Drehmomentverlauf am Kurbeltrieb bei einer zweiten Drehung von 180° ermittelt. Anschließend wird der elektrische Hilfsantrieb derart angesteuert, dass der elektrische Hilfsantrieb eine Differenz zwischen dem gesetzten Solldrehmomentverlauf und dem vom Fahrer erzeugten Drehmomentverlauf bereitstellt. Hierbei wird der elektrische Hilfsantrieb nur dann angesteuert, wenn ein Bremssensor keine Aktivierung einer Bremse des Fahrzeugs erfasst und/oder wenn ein Drehzahlsensor eine Drehung des Kurbeltriebs erfasst und/oder wenn ein Positionssensor eine Positionsänderung des Kurbeltriebs erfasst. Infolge der Ermittlung des durch den Fahrer erzeugten Drehmomentverlaufs schon während einer ersten Drehung des Kurbeltriebs von 180° kann bereits danach ein Solldrehmomentverlauf für die nachfolgende Drehung des Kurbeltriebs von 180° bereitgestellt werden. Dadurch ist die Erkennung einer Differenz zwischen dem Solldrehmomentverlauf und dem vom Fahrer erzeugten Drehmomentverlauf am Kurbeltrieb bereits bei der nachfolgenden zweiten Drehung um 180° möglich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf diese Weise eine überaus rasche und exakte Regelung des Hilfsantriebs auf der Basis von Veränderungen des Drehmomentverlaufs am Kurbeltrieb erfolgen. Dies ist vor allen Dingen dann von Vorteil, wenn der Fahrer, z. B. infolge einer Behinderung oder Verletzung an einem Bein, nur sehr unterschiedliche Pedalkräfte am Kurbeltrieb aufzubringen der Lage ist.Furthermore, the invention relates to a method for controlling an electric auxiliary drive of a pedal-driven vehicle, wherein in a first step, a torque curve generated by the driver on the crank mechanism during a first rotation of the crank mechanism of 180 ° is determined. in a subsequent second step, a setpoint torque curve is set as the setpoint value for a second rotation of the crank drive of 180 °. In the following method step, the torque curve generated by the driver is determined on the crank mechanism during a second rotation of 180 °. Subsequently, the electric auxiliary drive is controlled such that the electric auxiliary drive provides a difference between the set target torque curve and the torque curve generated by the driver. In this case, the electric auxiliary drive is only activated when a brake sensor detects no activation of a brake of the vehicle and / or when a speed sensor detects a rotation of the crank mechanism and / or when a position sensor detects a change in position of the crank mechanism. As a result of the determination of the torque curve generated by the driver already during a first rotation of the crank mechanism of 180 °, a target torque curve for the subsequent rotation of the crank mechanism of 180 ° can already be provided thereafter. As a result, the detection of a difference between the setpoint torque curve and the torque curve generated by the driver on the crank mechanism is already possible during the subsequent second rotation through 180 °. The inventive method can be done in this way an extremely rapid and accurate control of the auxiliary drive on the basis of changes in the torque curve on the crank mechanism. This is especially advantageous if the driver, z. B. as a result of disability or injury to one leg, only very different pedal forces applied to the crank mechanism is the situation.

Vorzugsweise erfolgt der Beginn der Regelung des elektrischen Hilfsantriebs erst nach einer Kurbeltrieb-Umdrehung von 360°. Hierdurch können bereits nach einer vollen Kurbeltrieb-Umdrehung ggf. unterschiedliche Pedalkräfte und ein zwischen der ersten und zweiten Halbumdrehung des Kurbeltriebs daher stark differierender Drehmomentverlauf von den Sensoren erfasst und für die danach beginnende Regelung des elektrischen Hilfsantriebs berücksichtigt werden.Preferably, the start of the control of the electric auxiliary drive takes place only after a crank drive revolution of 360 °. As a result, different pedal forces and a torque curve that greatly differs between the first and second half-revolutions of the crank mechanism can be detected by the sensors after a full crank drive revolution and taken into account for the regulation of the electric auxiliary drive starting thereafter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der vom Fahrer erzeugte maximale Drehmomentwert einer vorhergehenden 360° Umdrehung des Kurbeltriebs als Sollwert für einen konstanten Drehmomentverlauf für die nachfolgende Umdrehung verwendet. Hierdurch wird auf einfache Weise eine kontinuierliche Anpassung der erforderlichen Unterstützung mittels des elektrischen Hilfsantriebs ermöglicht.According to a further preferred embodiment of the invention, the maximum torque value generated by the driver of a preceding 360 ° rotation of the crank mechanism is used as the setpoint value for a constant torque curve for the subsequent revolution. As a result, a continuous adjustment of the required support by means of the electric auxiliary drive is made possible in a simple manner.

Weiterhin bevorzugt erfolgt die Regelung des elektrischen Hilfsantriebs auf der Basis des Drehmomentverlaufs der vorhergehenden Umdrehung des Kurbeltriebs von 360° für die nachfolgende Umdrehung von 360°. Auf diese Weise werden ein möglichst gleichförmiges Gesamtdrehmoment und eine gleichförmige Bewegung des Fahrzeugs ohne zusätzlichen aufwändigen Berechnungsaufwand durch die Steuereinheit sichergestellt.Further preferably, the control of the electric auxiliary drive on the basis of the torque curve of the previous revolution of the crank mechanism of 360 ° for the subsequent revolution of 360 °. In this way, the most uniform possible overall torque and a uniform movement of the vehicle without additional complex calculation effort by the control unit are ensured.

Vorzugsweise wird das vom Fahrer erzeugte Drehmoment am Kurbeltrieb erfasst. Durch die direkte Erfassung des Drehmoments unmittelbar am Kurbeltrieb können sehr exakte Drehmomentwerte auf betriebssichere Art und Weise für die Regelung bereitgestellt werden.Preferably, the torque generated by the driver is detected on the crank mechanism. By directly detecting the torque directly on the crank mechanism, very accurate torque values can be provided in a reliable manner for the control.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung muss das vom Fahrer erzeugte Drehmoment einen unteren Schwellenwert überschreiten, damit der elektrische Hilfsantrieb zusätzlich angesteuert wird. Dadurch wird verhindert, dass der elektrische Hilfsantrieb bereits infolge einer leichten bzw. unbeabsichtigten Drehung des Kurbeltriebs angeschaltet wird. Darüber hinaus wird der elektrische Hilfsantrieb nach einer erfassten Unterschreitung des Schwellenwerts sofort wieder abgeschaltet.According to a further preferred embodiment of the invention, the torque generated by the driver must exceed a lower threshold, so that the electric auxiliary drive is additionally controlled. This prevents that the electric auxiliary drive is already turned on as a result of a slight or unintentional rotation of the crank mechanism. In addition, the electric auxiliary drive is immediately switched off again after a detected undershooting of the threshold value.

Erfindungsgemäß wird das vom Fahrer erzeugte Drehmoment in Schritten von maximal 10°, insbesondere maximal 5°, insbesondere maximal 1° eines Kurbeltriebwinkels ermittelt. Mittels dieser minimalen Schrittweiten kann ein äußerst exakter Drehmomentverlauf erfasst und für die präzise Ansteuerung des elektrischen Hilfsantriebs bereitgestellt werden.According to the invention, the torque generated by the driver is determined in increments of at most 10 °, in particular at most 5 °, in particular at most 1 °, of a crank drive angle. By means of these minimum increments an extremely accurate torque curve can be detected and provided for the precise control of the electric auxiliary drive.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention with reference to the accompanying Drawing described in detail. In the drawing is:

1 eine schematische Ansicht eines pedalgetriebenen Fahrzeugs mit einem nachträglich integrierten Zusatzantrieb, 1 a schematic view of a pedal-driven vehicle with a subsequently integrated auxiliary drive,

2 eine vergrößerte schematische Ansicht der Antriebskomponenten des Zusatzantriebs des Fahrzeugs von 1, 2 an enlarged schematic view of the drive components of the auxiliary drive of the vehicle of 1 .

3 eine grafische Darstellung von Drehmomentverläufen von gleichgroßen Pedalkräften am Kurbeltrieb ohne Hilfsantrieb-Unterstützung, 3 a graphical representation of torque curves of equal pedal forces on the crank mechanism without auxiliary drive support,

4 eine grafische Darstellung der Drehmomentverläufe von 3 mit Hilfsantrieb-Unterstützung, 4 a graphical representation of the torque curves of 3 with auxiliary drive support,

5 eine grafische Darstellung von Drehmomentverläufen von differierenden Pedalkräften am Kurbeltrieb mit Hilfsantrieb-Unterstützung, und 5 a graphical representation of torque curves of differing pedal forces on the crank mechanism with auxiliary drive support, and

6 eine grafische Darstellung von Drehmomentverläufen von unterschiedlich großen Pedalkräften bei einseitiger Hilfsantrieb-Unterstützung 6 a graphical representation of torque curves of different levels of pedal forces with one-sided auxiliary drive support

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 ein erfindungsgemäßes pedalgetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb sowie ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Hilfsantriebs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel detailliert beschreiben.The following is with reference to the 1 to 6 an inventive pedal-driven vehicle with an electric auxiliary drive and a method for controlling an electric auxiliary drive according to a preferred embodiment described in detail.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines pedalgetriebenen Fahrzeugs 1 mit einem integrierten elektrischen Zusatzantrieb. Wie aus 1 ersichtlich, umfasst der Zusatzantrieb einen elektrischen Hilfsantrieb 2, einen Kurbeltrieb 3, eine Steuereinheit 4 und eine wiederaufladbare Energiequelle 14. Der elektrische Hilfsantrieb 2 ist unterhalb eines Unterrohrs 20 und in Fahrtrichtung vor dem Kurbeltrieb 3 des Fahrzeugs 1 angeordnet und am Unterohr 20 befestigt. Der Kurbeltrieb 3 weist eine Tretkurbelwelle 19 auf, wobei ein linkes Pedal 12 und ein rechtes Pedal 13 an jeweils einer Tretkurbel befestigt sind. Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist die Steuereinheit 4, in der eine Berechnungseinrichtung 9 integriert ist, am Unterohr 20 befestigt und mit den elektrischen Hilfsantrieb 2 und einem Bremshebel 10 an einem Lenker 22 des Fahrzeugs 1 verbunden, an dem ein Bremssensor 6 befestigt ist. Bei Betätigung des Bremshebels 10 erfasst der Bremssensor 6 einen Bremswunsch des Fahrers und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 4 ab. Die Steuereinheit 4 ist außerdem zur Energieversorgung ebenso wie der elektrische Hilfsantrieb 2 an der wiederaufladbaren Energiequelle 14 angeschlossen, die im oberen Rahmendreieck zwischen dem Unterrohr 20 und einem Oberrohr 23 angeordnet ist. Am Kurbeltrieb sind ein Drehmomentsensor 5, ein Drehzahlsensor 7 und ein Positionssensor 8 angeordnet, die zur Signalübertragung mit der Steuereinheit 4 verbunden sind. Ein Kettenblatt 15 des elektrischen Hilfsantriebs 2 ist mittels einer Kette 17 mit einem Abtriebsritzel 16 des Hinterrads 11 verbunden. 1 shows a schematic view of a pedal-driven vehicle 1 with an integrated electric auxiliary drive. How out 1 can be seen, the auxiliary drive comprises an electric auxiliary drive 2 , a crank mechanism 3 , a control unit 4 and a rechargeable power source 14 , The electric auxiliary drive 2 is below a down tube 20 and in the direction of travel in front of the crank mechanism 3 of the vehicle 1 arranged and on the lower ear 20 attached. The crank mechanism 3 has a pedal crankshaft 19 on, with a left pedal 12 and a right pedal 13 attached to a respective crank. How out 1 further apparent is the control unit 4 in which a calculation device 9 integrated, on the lower ear 20 attached and with the electric auxiliary drive 2 and a brake lever 10 on a handlebar 22 of the vehicle 1 connected to which a brake sensor 6 is attached. When operating the brake lever 10 the brake sensor detects 6 a braking request of the driver and gives a corresponding signal to the control unit 4 from. The control unit 4 is also to power as well as the electric auxiliary drive 2 at the rechargeable energy source 14 connected in the upper frame triangle between the down tube 20 and a top tube 23 is arranged. On the crank mechanism are a torque sensor 5 , a speed sensor 7 and a position sensor 8th arranged for signal transmission with the control unit 4 are connected. A chainring 15 of the electric auxiliary drive 2 is by means of a chain 17 with a driven pinion 16 the rear wheel 11 connected.

Wie aus der vergrößerten schematischen Ansicht des Zusatzantriebs des Fahrzeugs 1 von 2 ersichtlich, wird eine durch einen Pfeil F symbolisiert dargestellte Pedalkraft von einem Fahrer auf das Pedal 13 mit einer Pedallänge L aufgebracht. Das durch die Pedalkraft F des Fahrers und die Pedallänge L der Pedale 12, 13 erzeugte Drehmoment MF am Kurbeltrieb 3 wird über das Kettenblatt 15 und die Kette 17 auf das Ritzel 16 des Hinterrads 11 übertragen. Die grafische Darstellung von 3 zeigt Drehmomentverläufe am Hinterrad (28 Zoll, r = 35,5 cm) von gleichgroßen Pedalkräften am Kurbeltrieb 3 ohne Hilfsantrieb-Unterstützung, die beispielhaft für identische Pedalkräfte F = 400 N, bei Tretkurbellängen (Hebelarm) von L = 170 mm und einem Übersetzungsverhältnis von 42:18 zwischen Kettenblatt 15 und Ritzel 16 für eine Umdrehung von 360° des Kurbeltriebs 3 aufgetragen sind. Ein mit MF12 gekennzeichneter Drehmomentverlauf für das linke Pedal 12, der durch eine gepunktete Linie dargestellt ist, verläuft hierbei zwischen 0° und 180° sinusförmig. Wie aus 3 weiter ersichtlich, erreicht der Drehmomentverlauf MF12 mit den oben genannten Parametern einen maximalen Drehmomentverlaufswert von 30 Nm bei einem Pedalwinkel ω von 90°, während von 180° bis 360° kein Drehmoment vom linken Pedal 12 erzeugt wird. Ein mit MF13 gekennzeichneter Drehmomentverlauf für das rechte Pedal 13, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, weist demgegenüber zwischen einem Pedalwinkel von 0° und 180° kein Drehmoment und einen sinusförmigen Verlauf zwischen 180° und 360° auf. Der maximale Drehmomentverlaufswert von ebenfalls 30 Nm wird hierbei bei einem Pedalwinkel von 270° erreicht.As from the enlarged schematic view of the auxiliary drive of the vehicle 1 from 2 As can be seen, a pedal force symbolized by an arrow F is transmitted from a driver to the pedal 13 applied with a pedal length L. That by the pedal force F of the driver and the pedal length L of the pedals 12 . 13 generated torque M F on the crank mechanism 3 gets over the chainring 15 and the chain 17 on the pinion 16 the rear wheel 11 transfer. The graphic representation of 3 shows torque curves on the rear wheel (28 inches, r = 35.5 cm) of equal pedal forces on the crank mechanism 3 without auxiliary drive support, which exemplifies identical pedal forces F = 400 N, with pedal crank lengths (lever arm) of L = 170 mm and a gear ratio of 42:18 between chainring 15 and pinion 16 for a rotation of 360 ° of the crank mechanism 3 are applied. A torque curve for the left pedal marked M F12 12 , which is represented by a dotted line, in this case runs sinusoidally between 0 ° and 180 °. How out 3 can be seen, the torque curve reaches M F12 with the above parameters a maximum torque curve value of 30 Nm at a pedal angle ω of 90 °, while 180 ° to 360 ° no torque from the left pedal 12 is produced. A torque curve for the right pedal marked M F13 13 , which is shown by a dashed line, in contrast, between a pedal angle of 0 ° and 180 ° no torque and a sinusoidal profile between 180 ° and 360 °. The maximum torque curve value of 30 Nm is achieved with a pedal angle of 270 °.

Durch den elektrischen Hilfsantrieb 2, der über den Zahnriemen 18 mit einer Riemenscheibe 24 am Kettenblatt 15 verbunden ist, wird zur Unterstützung ein zusätzliches Motordrehmoment MM in den Kurbeltrieb 3 eingebracht, das zusammen mit dem vom Fahrer erzeugten Drehmoment MF in einem Gesamtdrehmoment Mges am Hinterrad 11 des Fahrzeugs 1 resultiert.By the electric auxiliary drive 2 that's about the timing belt 18 with a pulley 24 on the chainring 15 is connected to support an additional engine torque M M in the crank mechanism 3 introduced, which together with the torque generated by the driver M F in a total torque Mges at the rear wheel 11 of the vehicle 1 results.

4 zeigt die Drehmomentverläufe MF12 und MF13 von 3, sowie das Motormoment MM, das vom elektrischen Hilfsantrieb 3 aufgebracht wird, sodass das konstante Gesamtmoment Mges über eine Umdrehung von 360° des Kurbeltriebs 3 erreicht wird, das dem maximalen Drehmomentverlaufswert sowohl des Drehmomentverlaufs MF12 als auch des Drehmomentverlaufs MF13 entspricht. Dazu ermittelt das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des elektrischen Hilfsantriebs 2 zuerst den vom Fahrer durch die Pedale 12, 13 erzeugten Drehmomentverläufe MF12 und MF13 am Kurbeltrieb 3 während einer ersten Drehung des Kurbeltriebs 3 von 180° und setzt den gemäß den gleichen beispielhaften Parametern wie in 3 ermittelten maximalen Drehmomentverlaufswert von 30 Nm des Drehmomentverlaufs MF12 als Sollwert für eine zweite Drehung des Kurbeltriebs 3 von 180° fest. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt ermittelt die Steuereinheit 4 die vom Fahrer erzeugten Drehmomentverläufe MF12 und MF13 am Kurbeltrieb 3 bei der zweiten Drehung von 180°. Gemäß einer Differenz zwischen dem gesetzten Sollwert von 30 Nm und dem jeweils für einen bestimmten Pedalwinkel ermittelten, vom Fahrer erzegten Drehmomentverlaufswert wird der Hilfsantrieb 3 von der Steuereinheit 4 so angesteuert, dass ein zum Sollwert fehlender Drehmomentbetrag in Form des Motordrehmoments MM vom elektrischen Hilfsantrieb 3 in den Kurbeltrieb 3 zusätzlich eingebracht wird. Wie aus 4 ersichtlich, ist entsprechend für den Pedalwinkel von 0°, bei dem von keinem der beiden Pedale 12 und 13 ein Drehmoment erzeugt wird, das Motordrehmoment MM von 30 Nm erforderlich, um das Gesamtdrehmoment Mges als Sollwert zu erzeugen. 4 shows the torque curves M F12 and M F13 of 3 , as well as the engine torque M M , that of the electric auxiliary drive 3 is applied, so that the constant total moment Mges over a rotation of 360 ° of the crank mechanism 3 is reached, the maximum torque profile value of both the torque curve M F12 and the Torque curve M F13 corresponds. For this purpose, the inventive method determines the control of the electric auxiliary drive 2 first by the driver through the pedals 12 . 13 generated torque curves M F12 and M F13 on the crank mechanism 3 during a first rotation of the crank mechanism 3 of 180 ° and sets the according to the same exemplary parameters as in 3 determined maximum torque profile value of 30 Nm of the torque curve M F12 as a target value for a second rotation of the crank mechanism 3 of 180 °. In a subsequent method step, the control unit determines 4 The torque curves M F12 and M F13 generated by the driver on the crank mechanism 3 at the second turn of 180 °. According to a difference between the set target value of 30 Nm and the determined in each case for a certain pedal angle, generated by the driver torque curve value of the auxiliary drive 3 from the control unit 4 so controlled that missing to setpoint torque amount in the form of the engine torque M M from the electric auxiliary drive 3 in the crank mechanism 3 additionally introduced. How out 4 can be seen, corresponding to the pedal angle of 0 °, in which by neither of the two pedals 12 and 13 torque is generated, the motor torque M M of 30 Nm is required to produce the total torque Mges as a setpoint.

In 5 sind im Unterschied zum Beispiel von 4 die Drehmomentverläufe MF12, MF13 bei differierenden Pedalkräften F sowie das dazu erforderliche ausgleichende Motordrehmoment MM zum Erreichen des konstanten Gesamtdrehmoments Mges dargestellt. Dabei ist die Kraft am rechten Pedal 13 um 80% geringer als die Kraft am linken Pedal 12. Wie aus 5 ersichtlich, wird in diesem Beispiel mit der reduzierten Pedalkraft des rechten Pedals 13 lediglich ein maximaler Drehmomentverlaufswert von 9 Nm bei 270° erreicht, der durch das Motordrehmoment MM des elektrischen Hilfsantriebs 3 von 21 Nm zum Erreichen des Gesamtmoments Mges (entsprechend dem maximalen Drehmomentwert von MF12) unterstützt bzw. ausgeglichen werden muss.In 5 are unlike the example of 4 the torque curves M F12 , M F13 shown at different pedal forces F and the required compensating motor torque M M for achieving the constant total torque Mges. The force is on the right pedal 13 80% less than the left pedal force 12 , How out 5 can be seen in this example with the reduced pedal force of the right pedal 13 only reaches a maximum torque curve value of 9 Nm at 270 °, by the motor torque M M of the auxiliary electric drive 3 of 21 Nm to reach the total torque Mges (corresponding to the maximum torque value of M F12 ) must be supported or compensated.

In 6 ist der Ausgleich des Drehmomentverlaufs MF13 des rechten Pedals 13 aufgrund der reduzierten Pedalkraft dargestellt, der durch das Motordrehmoment MM nur in einem Winkelbereich von 180° bis 360° unterstützt und entsprechend dem Drehmomentverlauf MF12 des linken Pedals 12 im Winkelbereich von 0° bis 180° ausgeglichen wird. Die einseitige Hilfsantrieb-Unterstützung führt wie der reine Pedalantrieb zu einem ständig schwankenden Drehmomentverlauf am Hinterrad 11 und erfordert ein ständiges Ein- und Ausschalten des Hilfsantriebs 3. Somit ist der Drehmomentverlauf MF12 des linken Pedals 12 der Sollwert für den Drehmomentverlauf MF13 des rechten Pedals 13. Dadurch kann z. B. ein normales Radfahren für einen Fahrer mit einer einseitigen Beinverletzung simuliert werden.In 6 is the compensation of the torque curve M F13 of the right pedal 13 represented by the reduced pedal force, which is supported by the motor torque M M only in an angular range of 180 ° to 360 ° and in accordance with the torque curve M F12 of the left pedal 12 is compensated in the angular range of 0 ° to 180 °. The one-sided auxiliary drive support leads like the pure pedal drive to a constantly fluctuating torque curve at the rear wheel 11 and requires a constant switching on and off of the auxiliary drive 3 , Thus, the torque curve M F12 of the left pedal 12 the setpoint for the torque curve M F13 of the right pedal 13 , As a result, z. B. normal cycling for a driver with a unilateral leg injury can be simulated.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es zudem möglich, den elektrischen Hilfsantrieb eines nachträglich integrierten Zusatzantriebs an einem pedalbetriebenen zweirädrigen Fahrzeug auf einfache Weise so zu regeln, dass das Drehmoment, das vom Fahrer nur durch eine einseitig aufgebrachte Pedalkraft (mittels einer Fixierung des Fußes am Pedal) erzeugt wird, zu einem konstanten Gesamtdrehmoment des Zusatzantriebs des Fahrzeugs moduliert und ausgeglichen werden kann.The inventive method, it is also possible to control the electric auxiliary drive of a subsequently integrated auxiliary drive on a pedal-driven two-wheeled vehicle in a simple manner so that the torque from the driver only by a one-sided applied pedal force (by means of a fixation of the foot on the pedal) is generated, can be modulated and compensated for a constant total torque of the auxiliary drive of the vehicle.

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Claims (13)

Pedalgetriebenes Fahrzeug, umfassend: – einen elektrischen Hilfsantrieb (2), – einen Kurbeltrieb (3) zum Antreiben des Fahrzeugs durch Muskelkraft eines Fahrers, – einen Drehmomentsensor (5) zur Erfassung eines vom Fahrer erzeugten Drehmoments, – eine Steuereinheit (4) zum Steuern des elektrischen Hilfsantriebs (2), und – einen Bremssensor (6) zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers und/oder einen Drehzahlsensor (7) zur Erfassung einer Rotation des Kurbeltriebs (3) und/oder einen Positionssensor (8) zur Erfassung einer Kurbeltrieb-Position, – wobei die Steuereinheit (4) ausgelegt ist, den elektrischen Hilfsantrieb (2) basierend auf einem vorn Fahrer erzeugten Drehmoment derart zu steuern, dass der elektrische Hilfsantrieb (2) einen zu einem Sollwert des Drehmoments fehlenden Drehmomentbetrag erzeugt.Pedal-driven vehicle, comprising: - an electric auxiliary drive ( 2 ), - a crank mechanism ( 3 ) for driving the vehicle by muscle power of a driver, - a torque sensor ( 5 ) for detecting a torque generated by the driver, - a control unit ( 4 ) for controlling the electric auxiliary drive ( 2 ), and - a brake sensor ( 6 ) for detecting a braking request of the driver and / or a speed sensor ( 7 ) for detecting a rotation of the crank mechanism ( 3 ) and / or a position sensor ( 8th ) for detecting a crank drive position, - wherein the control unit ( 4 ) is designed, the electric auxiliary drive ( 2 ) based on a torque generated in front of the driver such that the electric auxiliary drive ( 2 ) generates a torque amount missing from a target value of the torque. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (5) am Kurbeltrieb angeordnet ist.Vehicle according to claim 1, characterized in that the torque sensor ( 5 ) is arranged on the crank mechanism. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Hilfsantrieb (2) mit dem Kurbeltrieb (3) verbunden ist.Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the electric auxiliary drive ( 2 ) with the crank drive ( 3 ) connected is. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) eine Berechnungseinrichtung (9) umfasst, welche eine Differenz zwischen einem maximal vom Fahrer erzeugten Drehmoment einer vorhergehenden 360°-Umdrehung des Kurbeltriebs (3) und einem aktuellen vom Fahrer erzeugten Drehmoment berechnet, wobei die errechnete Differenz eine Stellgröße für den elektrischen Hilfsantrieb (2) ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 4 ) a calculation device ( 9 ), which is a difference between a maximum torque generated by the driver of a preceding 360 ° rotation of the crank mechanism ( 3 ) and a current torque generated by the driver, wherein the calculated difference is a manipulated variable for the electric auxiliary drive ( 2 ). Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremssensor (6) an einem Bremshebel (10) des Fahrzeugs angeordnet ist und/oder dass der Drehzahlsensor (7) am Kurbeltrieb (3) angeordnet ist und/oder dass der Positionssensor (8) am Kurbeltrieb (3) angeordnet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the brake sensor ( 6 ) on a brake lever ( 10 ) of the vehicle is arranged and / or that the speed sensor ( 7 ) on the crank mechanism ( 3 ) is arranged and / or that the position sensor ( 8th ) on the crank mechanism ( 3 ) is arranged. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Drehmoments konstant ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the desired value of the torque is constant. Verfahren zur Regelung eines elektrischen Hilfsantriebs (2) für ein pedalgetriebenes Fahrzeug mit einem Kurbeltrieb (3), umfassend die Schritte: – Ermitteln eines durch den Fahrer erzeugten Drehmomentverlaufs an dem Kurbeltrieb (3) während einer ersten Drehung des Kurbeltriebs (3) von 180°, – Setzen eines Solldrehmomentsverlaufs als Sollwert für eine zweite Drehung des Kurbeltriebs (3) von 180°, – Ermitteln des vom Fahrer erzeugten Drehmomentverlaufs am Kurbeltrieb (3) bei der zweiten Drehung von 180°, und – Ansteuern des elektrischen Hilfsantriebs (2) derart, dass der elektrische Hilfsantrieb (2) eine Differenz zwischen dem gesetzten Solldrehmomentverlauf und dem vom Fahrer erzeugten Drehmomentverlauf bei der zweiten Drehung von 180° bereitstellt, – wobei der elektrische Hilfsantrieb (2) nur dann angesteuert wird, wenn ein Bremssensor (6) keine Aktivierung einer Bremse des Fahrzeugs erfasst und/oder wenn ein Drehzahlsensor (5) eine Drehung des Kurbeltriebs (3) erfasst und/oder wenn ein Positionssensor (8) eine Positionsänderung des Kurbeltriebs (3) erfasst.Method for controlling an electric auxiliary drive ( 2 ) for a pedal-driven vehicle with a crank mechanism ( 3 ), comprising the steps of: determining a torque curve generated by the driver on the crank mechanism ( 3 ) during a first rotation of the crank mechanism ( 3 ) of 180 °, - setting a desired torque curve as a setpoint for a second rotation of the crank mechanism ( 3 ) of 180 °, - determining the torque curve generated by the driver on the crank mechanism ( 3 ) at the second rotation of 180 °, and - driving the electric auxiliary drive ( 2 ) such that the electric auxiliary drive ( 2 ) provides a difference between the set desired torque curve and the torque curve generated by the driver during the second rotation of 180 °, - wherein the electric auxiliary drive ( 2 ) is only activated when a brake sensor ( 6 ) detects no activation of a brake of the vehicle and / or if a speed sensor ( 5 ) a rotation of the crank mechanism ( 3 ) and / or if a position sensor ( 8th ) a change in position of the crank mechanism ( 3 ) detected. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des elektrischen Hilfsantriebs (2) erst nach einer Umdrehung des Kurbeltriebs von 360° beginnt.A method according to claim 8, characterized in that the regulation of the electric auxiliary drive ( 2 ) starts after one revolution of the crank mechanism of 360 °. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fahrer erzeugte maximale Drehmomentwert einer vorhergehenden Umdrehung von 360° des Kurbeltriebs (3) als Sollwert für einen konstanten Drehmomentverlauf einer nachfolgenden Umdrehung verwendet wird.A method according to claim 8 or 9, characterized in that the maximum torque value generated by the driver of a preceding revolution of 360 ° of the crank mechanism ( 3 ) is used as a setpoint for a constant torque curve of a subsequent revolution. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des elektrischen Hilfsantriebs (2) basierend auf dem Drehmomentverlauf der vorhergehenden Umdrehung des Kurbeltriebs (3) von 360° für die nachfolgende Umdrehung von 360° erfolgt.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the control of the electric auxiliary drive ( 2 ) based on the torque curve of the previous revolution of the crank mechanism ( 3 ) of 360 ° for the subsequent 360 ° turn. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Fahrer erzeugte Drehmoment am Kurbeltrieb (3) erfasst wird.Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the torque generated by the driver on the crank mechanism ( 3 ) is detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Fahrer erzeugte Drehmoment einen unteren Schwellenwert überschreiten muss, damit der elektrische Hilfsantrieb (2) zusätzlich angesteuert wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the torque generated by the driver must exceed a lower threshold, so that the electric auxiliary drive ( 2 ) is additionally controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des vom Fahrer erzeugten Drehmoments in Schritten von maximal 10°, insbesondere maximal 5°, insbesondere maximal 1° eines Kurbeldrehwinkels erfolgt.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that the determination of the torque generated by the driver in steps of a maximum of 10 °, in particular a maximum of 5 °, in particular a maximum of 1 ° of a crank angle of rotation takes place.
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