DE102010028645B4

DE102010028645B4 - Method and control device for actuating an electric brake of an electric bicycle, energy supply device with the control device and electric drive train for driving an electric bicycle

Info

Publication number: DE102010028645B4
Application number: DE102010028645.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Zywietz; Gregor Dasbach; Philipp Kohlrausch; Peter Kimmich; Ivica Durdevic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: NL2006711C2; BE1020317A5; NL2006711A; DE102010028645A1; NL2006909A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer elektrischen Bremse eines Elektrofahrrads. Ein Drehmoment oder eine Drehzahl eines Pedalantriebs des Elektrofahrrads oder beide Größen werden erfasst. Das Vorzeichen des Drehmoments, der Drehzahl oder beider Größen wird ermittelt und ein Bremsdrehmoment wird mittels der elektrischen Bremse erzeugt, wenn das Vorzeichen des Drehmoments, der Drehzahl oder beider Größen negativ ist.Die Erfindung wird ferner umgesetzt mittels einer Steuerungsvorrichtung, einer Energieversorgungsvorrichtung, die die Steuerungsvorrichtung umfasst, sowie mittels eines Elektrischer Antriebsstrangs, der wiederum die Energieversorgungsvorrichtung umfasstThe invention relates to a method for actuating an electric brake of an electric bicycle. A torque or a speed of a pedal drive of the electric bicycle or both variables are recorded. The sign of the torque, the speed or both is determined and a braking torque is generated by means of the electric brake if the sign of the torque, the speed or both is negative. The invention is further implemented by means of a control device, a power supply device which Control device includes, and by means of an electric drive train, which in turn includes the energy supply device

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrofahrräder, insbesondere Verfahren zum Abbremsen von Elektrofahrrädern. Es sind auf diesem Gebiet Elektrofahrräder bekannt, die, wie übliche Fahrräder, mechanische Bremsen aufweisen, wobei eine mechanische Bremskraft vom Fahrer selbst ausgeübt wird, welche in ein Bremsdrehmoment umgewandelt wird. Als mechanische Bremsvorrichtungen sind daher, wie auch bei üblichen Fahrrädern, Trommel-, Scheiben- und Backenbremsen bekannt.The invention relates to the field of electric bicycles, in particular methods for braking electric bicycles. Electric bicycles are known in this field which, like conventional bicycles, have mechanical brakes, with a mechanical braking force being applied by the rider himself, which is converted into a braking torque. Therefore, as in conventional bicycles, drum, disc and shoe brakes are known as mechanical braking devices.

Elektrofahrräder weisen im Gegensatz zu üblichen Fahrrädern einen elektrischen Unterstützungsantrieb auf, der mit einem elektrischen Akkumulator betrieben wird. Im üblichen Betrieb wird aus der elektrischen Energie des Akkumulators mechanische Energie erzeugt, die die Fortbewegung des Fahrrads unterstützt. Beispielsweise aus WO 2008 / 138 320 A1 ist bekannt, dass ein Pedaldrehmoment und eine Pedaldrehzahl, mit der der Fahrer den Antrieb mechanisch unterstützt, zudem erfasst werden, um den elektrischen Zusatzantrieb anzusteuern. Die beschriebene Vorgehensweise betrifft jedoch nur den Antrieb, d.h. die positive Beschleunigung des Fahrrads in Fahrtrichtung und beschreibt folglich nur, den elektrischen Unterstützungsmodus anhand der Pedalbetätigung auszuwählen.In contrast to conventional bicycles, electric bicycles have an electric support drive that is operated with an electric accumulator. In normal operation, mechanical energy is generated from the electrical energy of the accumulator, which supports the movement of the bicycle. It is known from WO 2008/138 320 A1, for example, that a pedal torque and a pedal speed, with which the driver supports the drive mechanically, are also detected in order to control the electric auxiliary drive. However, the procedure described only relates to the drive, i.e. the positive acceleration of the bicycle in the direction of travel and consequently only describes how to select the electrical support mode based on the pedal actuation.

Zum Abbremsen sind mechanisch zu betätigende und mechanisch wirkende Vorrichtungen bekannt, bei denen jedoch die kinetische Energie des Fahrrads vernichtet wird. Um einen Teil der kinetischen Energie zurückzugewinnen, sieht beispielsweise das Elektrofahrrad Vivi RX 10S von Panasonic laut der Internetseite http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20080707/154398/, archiviert unter https://web.archive.org/web/20160125031332/https://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20080707/154398/, vor, durch leichte Betätigung eines Handbremshebels einen Rekuperationsmodus zu starten, bei dem die kinetische Energie des Fahrrads über die elektrische Maschine des Elektroantriebs in elektrische Energie umgewandelt wird, die in dem Akkumulator des Antriebs gespeichert werden kann. Da jede Rekuperationsstufe einem Handbremshebel zugeordnet ist, lässt sich jedoch zum einen nur eine sehr begrenzte Anzahl von Rekuperationsmodi auswählen (zwei bei zwei Handbremshebeln), wobei ferner die Betätigung zur mechanischen Abbremsung nur schwer von der Betätigung zum Einstellen des Rekuperationsmodus vom Fahrer getrennt werden kann, zumal die Betätigungskraft für die Vorderradbremse genau dosiert werden muss, um ein Überschlagen zu verhindern. Darüber hinaus lässt sich mit dem beschriebenen Mechanismus nur ein einziger Rekuperationsmodus einstellen, wenn das Elektrofahrrad nur mit einem Bremshebel (z.B. bei einem Rad mit Rücktritt) ausgestattet ist Nur durch weitere Elektronik (z.B. Potentiometer oder Drucksensor im Bremshebel) kann die Bremskraft dosiert werden. In jedem Fall sind zusätzliche Sensoren oder Bedienelemente notwendig, um die elektrische Bremse zu aktivieren.To brake mechanically to be actuated and mechanically acting devices are known in which, however, the kinetic energy of the bicycle is destroyed. For example, to recover some of the kinetic energy, Panasonic's Vivi RX 10S electric bicycle sees according to the website http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20080707/154398/ archived at https://web.archive .org/web/20160125031332/https://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20080707/154398/, suggests starting a recuperation mode by gently actuating a handbrake lever, in which the kinetic energy of the bicycle is used via the electric Machine of the electric drive is converted into electrical energy that can be stored in the accumulator of the drive. Since each recuperation stage is assigned to a handbrake lever, only a very limited number of recuperation modes can be selected (two with two handbrake levers), and it is difficult for the driver to separate the actuation for mechanical braking from the actuation for setting the recuperation mode, especially since the actuating force for the front wheel brake has to be metered precisely in order to prevent overturning. In addition, the described mechanism can only be used to set a single recuperation mode if the electric bicycle is only equipped with one brake lever (e.g. on a bike with a coaster pedal). The braking force can only be dosed by additional electronics (e.g. potentiometer or pressure sensor in the brake lever). In any case, additional sensors or controls are required to activate the electric brake.

Derzeit sind keine Realisierungen einer konventionellen Rücktrittbremse bei Fahrrädern mit Mittelmotorantrieb oder Antrieb im Hinterrad bekannt. Die Kombination dieser Antriebskonzepte mit einer Rücktrittbremse erfordert ein sehr schnelles Abschalten des el. Antriebs um Bremsverzögerungen zu vermeiden, dass der Motor die Kette in Vorwärtsrichtung treibt, während der Fahrer in die Gegenrichtung Kraft aufbringt. Weiterhin soll die mechanische Bremsverzögerung nicht durch ein Nachlaufen des el. Motors beeinträchtigt werden.There are currently no known realizations of a conventional coaster brake in bicycles with a central motor drive or drive in the rear wheel. The combination of these drive concepts with a coaster brake requires the electric drive to be switched off very quickly in order to avoid braking decelerations that the motor drives the chain in the forward direction while the driver applies force in the opposite direction. Furthermore, the mechanical braking deceleration should not be impaired by overrunning of the electric motor.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuerungsvorrichtung vorzusehen, mit der eine elektrisch wirkende Bremse präzise angesteuert werden kann.It is therefore the object of the invention to provide a method and a control device with which an electrically acting brake can be controlled precisely.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche.This object is solved by the method and the devices of the independent claims.

Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept ist es, die vom Fahrer ausgeführte Pedalbetätigung zum Einstellen eines gewünschten Rekuperationsmodus bzw. einer elektrischen Bremse bzw. des Antriebsmodus zu verwenden. Als Pedalbetätigung wird eine Rückwärtsbewegung bzw. ein Pedaldrehmoment und/oder eine Pedaldrehzahl der Pedale entgegen der üblichen Pedalantriebsrichtung betrachtet, wie sie bei Bremsbetätigungen einer konventionellen Rücktrittbremse eines Fahrrads auftreten. Durch eine Rückwärtsbewegung des Pedals kann somit ein Bremsen durch elektrische Mittel (elektrisches Bremsen, Rekuperation), ein Bremsen mittels mechanischer Mittel (Rücktrittbremse) oder beides ausgeführt werden, wobei vorzugsweise bei Erfassung einer rückwärtsgerichteten Pedalbewegung zunächst ein elektrischer Antrieb des Elektrofahrzeugs abgestellt wird, bevor dieser Antrieb als elektrische Bremse betrieben wird, um die Bremswirkung zu verstärken. Das unverzügliche Abschalten des Motors ist notwendige Voraussetzung zur Kombination der Erfindung mit einer konventionellen Rücktrittbremse, da jede Verzögerung negative Auswirkungen auf den Anhalteweg des Fahrzeugs hat. Durch die Platzierung der Sensoren am Tretlager können diese Verzögerungen minimiert werden. Weiterhin können die Signale der Sensoren mit hinreichender Auflösung und Abtastrate erfasst werden, die erfindungsgemäß eindeutig die Drehrichtung bei minimaler Verzögerung (<200ms) zu erfassen.The concept on which the invention is based is to use the pedal actuation carried out by the driver to set a desired recuperation mode or an electric brake or the drive mode. A backward movement or a pedal torque and/or a pedal speed of the pedals opposite to the usual pedal drive direction, as occurs when the brakes are applied to a conventional coaster brake of a bicycle, is considered to be a pedal actuation. A reverse movement of the pedal can thus be used to brake by electrical means (electrical braking, recuperation), braking by mechanical means (coaster brake) or both, with preferably first turning off the electric drive of the electric vehicle when a backward pedal movement is detected, before this Drive is operated as an electric brake to increase the braking effect. The immediate switching off of the engine is a necessary prerequisite for combining the invention with a conventional coaster brake, since any delay has a negative impact on the stopping distance of the vehicle. By placing the sensors at the bottom bracket, these delays can be minimized. Furthermore, the signals of the sensors can be recorded with sufficient resolution and sampling rate, which, according to the invention, clearly detect the direction of rotation with minimal delay (<200ms).

Die Erfindung kann mit vorhandener Sensorausstattung eines Elektrofahrrads realisiert werden, so dass keine wesentlichen mechanischen Eingriffe notwendig sind, um ein bereits vorhandenes Elektrorad nachzurüsten. Ebenso sind keine wesentlichen Umgestaltungen von bereits vorhandenen mechanischen Designs notwendig. Weiterhin ermöglich es die Erfindung, eine konventionelle Rücktrittbremse in Verbindung mit einem elektrischen Antrieb im Hinterrad oder als Mittelmotor zu verwenden. Die Erfindung ermöglicht eine minimale Verzögerung zwischen dem Fahrerwunsch (rückwärts treten) und der Systemreaktion, die mit Ausgestaltungen gemäß dem Stand der Technik nicht zu erreichen ist.The invention can be implemented with the existing sensor equipment of an electric bicycle, so that no significant mechanical interventions are necessary in order to retrofit an existing electric bicycle. Likewise, no significant redesigns of existing mechanical designs are necessary. Furthermore, the invention makes it possible to use a conventional coaster brake in conjunction with an electric drive in the rear wheel or as a central motor. The invention allows for a minimal delay between the driver's request (back up) and the system response, which is not achievable with prior art designs.

Im Kontext der Erfindung wird als elektrisches Bremsen das Erzeugen eines Bremsdrehmoments mittels einer elektrischen Maschine (üblicherweise identisch mit dem Elektroantrieb des Elektrofahrrads) bezeichnet, die an eine elektrische Last angeschlossen ist. Wenn die Last als Akkumulator vorgesehen ist, der die sich aus dem mechanischen Bremsdrehmoment ergebende elektrische Energie durch Stromfluss eines Ladestroms von der elektrischen Maschine an den Akkumulator speichert, dann wird das Bremsen durch Rekuperation ausgeführt Das Abstellen des Antriebs kann als Vorstufe oder nullte Stufe des Bremsens angesehen werden, wobei je nach Stärke der rückwärts gerichteten Pedalbewegung diese nullte Stufe als geringste Fahrmodusänderung bei einer geringen rückwärts gerichteten Pedalbewegung eingestellt wird, und das Bremsen (steigernd) hinzukommt, wenn die rückwärts gerichtete Pedalbewegung stärker ist (wird). Die Abschaltung (nullte Stufe) ist bei Kombination mit einer konventionellen Rücktrittbremse von besonderer Bedeutung, da das Nachlaufen des Motors eine Gegenkraft zur Rücktrittbewegung darstellt und somit für den Fahrer störend ist und zudem den Bremsvorgang verzögert. In the context of the invention, the generation of a braking torque by means of an electric machine (usually identical to the electric drive of the electric bicycle), which is connected to an electric load, is referred to as electric braking. If the load is provided as an accumulator that stores the electrical energy resulting from the mechanical braking torque by flowing a charging current from the electrical machine to the accumulator, then braking is carried out by recuperation. The drive can be switched off as a preliminary stage or as a zero stage of braking where, depending on the amount of backward pedaling, this zeroth step is set as the lowest riding mode change when there is little backward pedaling, and braking (increasing) is added when the backward pedaling is (becomes) stronger. The switch-off (zero level) is of particular importance in combination with a conventional coaster brake, since the overrunning of the motor represents a counterforce to the coaster movement and is therefore annoying for the driver and also delays the braking process.

Um die rückwärts gerichtete Pedalbewegung zu erfassen, werden ein Drehmoment eines Pedalantriebs, eine Drehzahl eines Pedalantriebs oder vorzugsweise beides erfasst. Insbesondere wird die Drehrichtung des Drehmoments bzw. der Drehzahl erfasst, d.h. das Vorzeichen dieser Größen. Wenn sowohl Drehzahl als auch Drehmoment erfasst werden, dann kann unmittelbar die rückwärts gerichtete Pedalbewegung erfasst werden. Wenn nur eine dieser Größen (Drehzahl und Drehmoment des Pedalantriebs) zur Ermittlung der rückwärts gerichteten Pedalbewegung verwendet wird, entsteht gegebenenfalls eine Verzögerung, da die entsprechende Größe über ein Zeitfenster beobachtet wird, um eindeutige Bewegungszustände in sicherer Weise erfassen zu können.In order to detect the backward pedal movement, a torque of a pedal drive, a speed of a pedal drive or preferably both are detected. In particular, the direction of rotation of the torque or speed is recorded, i.e. the sign of these variables. If both speed and torque are detected, then reverse pedal movement can be detected immediately. If only one of these quantities (speed and torque of the pedal drive) is used to determine the reverse pedal movement, there may be a delay because the corresponding quantity is observed over a time window in order to be able to detect unambiguous motion states in a reliable manner.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet, mit mechanischen Bremsen kombiniert zu werden. Daher wird vorzugsweise das elektrische Bremsen kombiniert mit einer Betätigung einer mechanischen Bremse, insbesondere einer Rücktrittsbremse. Dadurch ergibt sich ein kombiniertes Bremsdrehmoment. Da das erfindungsgemäße Betätigen einer elektrischen Bremse auf die gleiche Weise ausgeführt wird, wie das Betätigen einer Rücktrittsbremse, ergibt sich für den Bediener keine Umstellung; die Bedienung ist für Fahrer, die ein übliches Verhalten von Rücktrittsbremsen erwarten, intuitiv. Da die Bedienung über die Pedale erfolgt, können beide Hände am Lenker verbleiben und optimale Fahrsicherheit beim Bremsen gewährleistet werden. Bevorzugt wird zunächst der elektrische Antrieb abgestellt, wenn eine rückwärts gerichtete Pedalbewegung erfasst wird, bevor eine stärkere, länger andauernde oder erneute Pedalbewegung zu einem Bremsen mittels der elektrischen Bremse führt.The invention is particularly suitable to be combined with mechanical brakes. Therefore, the electrical braking is preferably combined with an actuation of a mechanical brake, in particular a coaster brake. This results in a combined braking torque. Since the actuation of an electric brake according to the invention is carried out in the same way as the actuation of a coaster brake, there is no change for the operator; operation is intuitive for drivers who expect normal coaster brake behavior. Since operation is via the pedals, both hands can remain on the handlebars and optimum driving safety is guaranteed when braking. The electric drive is preferably switched off first if a backward pedal movement is detected, before a stronger, longer-lasting or renewed pedal movement leads to braking by means of the electric brake.

In der nächsten Stufe (d.h. folgend auf den Schritt des Abstellens des elektrischen Antriebs) kann die elektrische Bremse durch eine mechanische Bremse ergänzt werden. Je nach Fahrerwunsch (Drehmoment, Drehzahl der Kurbel), wird der Bremsvorgang durch die mechanische Bremse unterstützt.In the next stage (i.e. following the step of turning off the electric drive) the electric brake can be supplemented with a mechanical brake. Depending on the driver's wishes (torque, crank speed), the braking process is supported by the mechanical brake.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Betätigung einer elektrischen Bremse eines Elektrofahrrads, bei dem ein Drehmoment eines Pedalantriebs des Elektrofahrrads, eine Drehzahl des Pedalantriebs oder beide Größen (das Drehmoment und die Drehzahl) erfasst werden. Das Vorzeichen des Drehmoments, der Drehzahl oder beider Größen wird ermittelt. Diese Ermittlung entspricht der Ermittlung der Drehrichtung des Pedalantriebs. Ein Bremsdrehmoment wird mittels der elektrischen Bremse erzeugt oder, als vorausgehende Maßnahme, wird der elektrische
Antrieb abgestellt, wenn das Vorzeichen des Drehmoments, der Drehzahl oder beider Größen negativ ist. Mit anderen Worten wird ein Bremsdrehmoment mittels der elektrischen Bremse erzeugt, wenn eine rückwärtsgerichtete Drehbewegung des Pedalantriebs (d.h. entgegen der üblichen Antriebsrichtung des Pedalantriebs) als Drehrichtung erfasst wird, oder der elektrische Antrieb des elektrischen Fahrrads wird abgestellt. Bei mehrfacher oder zunehmender Ausführung einer rückwärts gerichteten Pedalbewegung wird diese anhand des negativen Vorzeichens und ggf. des Betrags des Drehmoments / der Drehzahl erkannt und es wird, nach Abstellen des Antriebs, ein Bremsdrehmoment erzeugt, das mit der Anzahl und/oder der Stärke der Betätigungsvorgänge erhöht werden kann. Gemäß einer entsprechenden Betrachtungsweise wird das Abschalten des Antriebs als erste, niedrigste Stufe des Erzeugens eines Bremsdrehmoments angesehen. Hierbei können mechanische Widerstände als erzeugte Bremsdrehmomente angesehen werden, die bei angeschaltetem Antrieb zumindest teilweise von dem elektrischen Antrieb kompensiert werden.The invention therefore relates to a method for actuating an electric brake of an electric bicycle, in which a torque of a pedal drive of the electric bicycle, a speed of the pedal drive or both variables (the torque and the speed) are detected. The sign of the torque, the speed or both are determined. This determination corresponds to the determination of the direction of rotation of the pedal drive. A braking torque is generated by means of the electric brake or, as a preliminary measure, the electric
Drive shut down if sign of torque, speed or both is negative. In other words, a braking torque is generated by the electric brake when reverse rotation of the pedal drive (ie, opposite to the usual drive direction of the pedal drive) is detected as the rotation direction, or the electric drive of the electric bicycle is shut off. If a backward pedal movement is performed several times or more often, this is recognized based on the negative sign and, if necessary, the amount of torque / speed and, after the drive is switched off, a braking torque is generated that depends on the number and/or the strength of the actuation processes can be increased. According to a corresponding approach, switching off the drive is regarded as the first, lowest stage in the generation of a braking torque. Here you can NEN mechanical resistances are regarded as generated braking torques, which are at least partially compensated by the electric drive when the drive is switched on.

Durch eine vorwärts gerichtete Pedalbewegung können die Bremszustände verlassen werden und in den Fahrmodus zurück gekehrt werden. Die Erfindung ermöglicht einen intuitiven Wechsel der Fahrzustände, allein über Pedalbewegungen. Der Wechsel der Zustände ist jederzeit auf identische Weise wiederholbar.By moving the pedal forwards, you can leave the braking states and return to driving mode. The invention allows an intuitive change of driving conditions, just by pedal movements. The change of states can be repeated at any time in an identical manner.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist diese als Steuerungsvorrichtung ausgebildet, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft daher ferner eine Steuerungsvorrichtung zur Betätigung einer elektrischen Bremse eines Elektrofahrrads. Die Steuerungsvorrichtung umfasst einen Sensoreingang, eingerichtet zum Empfang eines Drehmomentsignals eines Drehmomentsensors eines Pedalantriebs des Fahrrads, eines Drehzahlsignals eines Drehzahlsensors des Pedalantriebs, oder beider Signale. Zur Erfassung einer rückwärtigen Drehbewegung umfasst die Steuerungsvorrichtung ferner einen mit dem Sensoreingang verbundenen Vorzeichendetektor, der negative Vorzeichen des eingegebenen Sensorsignals oder der eingegebenen Sensorsignale erfasst und der eingerichtet ist, bei Auftreten eines negativen Vorzeichens (d.h. einer erfassten rückwärtigen Drehbewegung) ein Bremssignal bzw. ein dem Bremssignal vorausgehendes Abschaltsignal vorzusehen. Der Sensoreingang kann als analoger oder digitaler Eingang eingesehen sein, abhängig von der Signalart, die die anschließbaren Sensoren abgeben. According to one aspect of the invention, this is designed as a control device that is designed to carry out the method according to the invention. The invention therefore also relates to a control device for actuating an electric brake of an electric bicycle. The control device includes a sensor input configured to receive a torque signal from a torque sensor of a pedal drive of the bicycle, a speed signal from a speed sensor of the pedal drive, or both signals. To detect a backward rotational movement, the control device also includes a sign detector connected to the sensor input, which detects the negative sign of the input sensor signal or sensor signals and which is set up to generate a brake signal or a dem Brake signal to provide preceding switch-off signal. The sensor input can be viewed as an analog or digital input, depending on the type of signal emitted by the connectable sensors.

Wenn im erfindungsgemäßen Verfahren Drehmoment und Drehzahl ermittelt werden, dann werden diese (insbesondere deren Vorzeichen) gemäß einer logischen UND-Verknüpfung miteinander verbunden. Ergibt das Drehmoment eine rückwärtsgerichtete Drehbewegung und die Drehzahl eine rückwärtsgerichtete Drehbewegung, wird ein Bremsdrehmoment mittels der elektrischen Bremse erzeugt. Die Steuerungsvorrichtung kann hierzu einen festverdrahteten Logikschaltkreis oder, bevorzugt, einen programmgesteuerten Prozessor oder Mikrocontroller umfassen, der die UND-Verknüpfung und die Vorzeichenerfassung der Signale vorsieht. Wenn ein Sensor als Signal bereits das Vorzeichen des Drehmoments oder der Drehzahl individuell angibt, beispielsweise an einer Bitstelle des Sensorsignals oder an einem individuellen Anschluss, dann wird das Vorzeichen nur durch Weiterleitung bzw. Vereinzelung dieses Signals erfasst; der Vorzeichendetektor der Steuerungseinrichtung wird dann durch eine individuelle Leitung, Speicherstelle oder durch einen individuellen Anschluss vorgesehen.If torque and speed are determined in the method according to the invention, then these (in particular their signs) are connected to one another according to a logical AND operation. If the torque results in reverse rotation and the speed results in reverse rotation, braking torque is generated by the electric brake. For this purpose, the control device can comprise a hard-wired logic circuit or, preferably, a program-controlled processor or microcontroller, which provides the AND operation and the sign detection of the signals. If a sensor already indicates the sign of the torque or the speed individually as a signal, for example at a bit position of the sensor signal or at an individual connection, then the sign is only detected by forwarding or isolating this signal; the sign detector of the controller is then provided by an individual line, memory location or by an individual port.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Bremsdrehmoment erzeugt wird von einer elektrischen Maschine. Diese elektrische Maschine sieht somit die elektrische Bremse vor. Diese elektrische Maschine wandelt gemäß dem Generatorprinzip die kinetische Energie des Elektrofahrrads in elektrische Energie um. Diese elektrische Energie wird zumindest zum Teil in einem Akkumulator gespeichert und somit rekuperiert. Die elektrische Maschine bildet ebenso einen elektrischen Antrieb des Elektrofahrrads, der im Unterstützungsbetrieb elektrische Energie aus dem Akkumulator entnimmt und als Elektromotor den Antrieb des Fahrrads unterstützt. Durch die Rekuperation wird elektrische Energie zurückgewonnen, die im Akkumulator gespeichert wird und später abgerufen werden kann. Eine Rekuperation wird nur vorgesehen, wenn ein zusätzliches Bremsdrehmoment von der elektrischen Maschine erzeugt wird, und nicht, wenn lediglich der elektrische Antrieb abgestellt wird.A preferred embodiment of the method according to the invention provides that the braking torque is generated by an electric machine. This electric machine thus provides the electric brake. This electrical machine converts the kinetic energy of the electric bicycle into electrical energy according to the generator principle. This electrical energy is at least partially stored in an accumulator and thus recuperated. The electric machine also forms an electric drive of the electric bicycle, which in support mode draws electrical energy from the accumulator and, as an electric motor, supports the drive of the bicycle. Recuperation recovers electrical energy, which is stored in the accumulator and can be called up later. A recuperation is only provided if an additional braking torque is generated by the electric machine, and not if only the electric drive is switched off.

Eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung, die in gleicher Weise in der Lage ist, elektrische Energie wiederzugewinnen, weist einen elektrischen Energieabgabeanschluss und einen elektrischen Energieeingabeanschluss auf. Der elektrische Energieabgabeanschluss zum Anschluss an einen Akkumulator geeignet, und der elektrische Energieeingabeanschluss ist zum Anschluss an eine elektrische Maschine geeignet. Dies ermöglicht eine Überleitung elektrischer Energie an den Akkumulator über die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung. Die Steuerungsvorrichtung umfasst hierzu eine Energieüberleitungseinrichtung, die den Energieabgabeanschluss mit dem Energieeingabeanschluss verbindet, und die eingerichtet ist, steuerbar durch das Bremssignal elektrische Energie von dem Energieeingabeanschluss an den Energieabgabeanschluss zu leiten. Eine derartige steuerbare Energieüberleitungseinrichtung kann mittels Hochleistungsschaltern vorgesehen werden, beispielsweise Leistungshalbleiter wie Leistungs-MOFETs oder andere Leistungstransistoren oder auch durch ein Relais.A control device according to the invention, which is equally capable of recovering electrical energy, has an electrical energy output terminal and an electrical energy input terminal. The electrical energy output connection is suitable for connection to an accumulator, and the electrical energy input connection is suitable for connection to an electric machine. This enables electrical energy to be transferred to the accumulator via the control device according to the invention. For this purpose, the control device comprises an energy transfer device which connects the energy output connection to the energy input connection and which is set up to conduct electrical energy from the energy input connection to the energy output connection in a controllable manner by the braking signal. Such a controllable energy transfer device can be provided by means of high-power switches, for example power semiconductors such as power MOFETs or other power transistors, or by a relay.

Weitere Ausführungsformen des Verfahrens betreffen die Einstellung des Bremsdrehmoments abhängig von der rückwärtigen Pedalbewegung. Ausgehend von einer erfassten rückwärtigen Pedalbewegung wird gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Höhe des Bremsdrehmoments (ausgeübt durch die elektrische Bremse) in einer monotonen oder streng monotonen Abhängigkeit von der Stärke, d.h. von dem Betrag des Drehmoments des Pedalantriebs, der Drehzahl des Pedalantriebs oder beider Größen erhöht. Mit ansteigender Stärke der rückwärtigen Drehbewegung wird das Bremsdrehmoment erhöht. Beispielweise kann eine zumindest stückweise lineare Abhängigkeit vorgesehen sein, gemäß der bis zum Erreichen eines Maximal-Bremsdrehmoments das Bremsdrehmoment gemäß der Stärke der rückwärtigen Pedalbewegung (erfasst durch den Betrag des Drehmoments und/oder der Drehzahl des Pedalantriebs) erhöht wird.Further embodiments of the method relate to the adjustment of the braking torque as a function of the backward pedal movement. Based on a detected rearward pedal movement, according to a first variant of the method according to the invention, the level of the braking torque (exerted by the electric brake) in a monotonic or strictly monotonic dependence on the strength, ie on the amount of torque of the pedal drive, the speed of the pedal drive or both sizes increased. The braking torque is increased as the backward rotation increases. For example, an at least partially linear dependency can be provided according to which up to Reaching a maximum braking torque, the braking torque according to the strength of the backward pedal movement (detected by the amount of torque and / or the speed of the pedal drive) is increased.

Da diese Abhängigkeit dem Verhalten eines üblichen mechanischen Drehmoments entspricht, ergibt sich bei dieser ersten Variante für den Fahrer ein gewohntes Verhalten. Bei erfassten rückwärts gerichteten Pedalbewegungen, deren Stärke unter einem Mindestschwellwert liegt, kann zunächst nur der Antrieb abgeschaltet werden, und beim Überschreiten des Mindestschwellwerts kann zusätzlich ein Bremsdrehmoment durch die elektrische Maschine erzeugt werden, dessen Stärke zumindest stückweise monoton steigend von der Betätigungsstärke des Pedals abhängt. Eine entsprechende Steuerungsvorrichtung kann diese Variante umsetzen durch eine Abbildungseinrichtung, beispielsweise ein Proportionalitätsglied, das gegebenenfalls mit einer Begrenzung versehen ist, und das eingerichtet ist, ein Ansteuersignal für die elektrische Bremse bzw. die elektrische Maschine vorzusehen, das linear oder proportional zu dem erfassten Betrag ist (soweit dieser unter einer Grenze liegt, die dem Maximalbremsdrehmoment entspricht), und das maximal aufgrund des Begrenzers ein Bremssignal abgibt, das einem Maximalbremsdrehmoment entspricht. Ein Mindestschwellwertvergleicher der Schaltung kann erfassen, ob die Pedalbetätigungsstärke über einem vorgegebenen Mindestschwellwert ist, um erst bei überschrittenem Mindestschwellwert die elektrischeSince this dependency corresponds to the behavior of a normal mechanical torque, this first variant results in a familiar behavior for the driver. If backward pedal movements are detected, the strength of which is below a minimum threshold value, initially only the drive can be switched off, and if the minimum threshold value is exceeded, a braking torque can also be generated by the electric machine, the strength of which depends at least incrementally monotonically on the strength of the pedal. A corresponding control device can implement this variant using a mapping device, for example a proportionality element, which may be provided with a limitation and which is set up to provide a control signal for the electric brake or the electric machine that is linear or proportional to the detected amount (Insofar as this is below a limit that corresponds to the maximum braking torque), and which outputs a maximum braking signal due to the limiter, which corresponds to a maximum braking torque. A minimum threshold value of the circuit can detect whether the pedal force is above a predetermined minimum threshold value, only when the minimum threshold value is exceeded, the electrical

Maschine zum Erzeugen eines Bremsdrehmoments durch Abgabe eines Bremssignals zu veranlassen, und bei einer Pedalbetätigungsstärke über Null, jedoch nicht über dem Mindestschwellwert, nur ein Abschaltsignal zu erzeugen. Die Realisierung kann durch logische, festverdrahtete Schaltungen vorgesehen sein oder vorzugsweise durch einen programmierbaren Schaltkreis, auf dem ein Programm abläuft, das diese Verfahrensweise anhand von Rechenregeln implementiert.Cause machine to produce braking torque by outputting a braking signal and only produce a shut-down signal if the pedaling amount is greater than zero but not greater than the minimum threshold. The implementation can be provided by logical, hard-wired circuits or preferably by a programmable circuit on which a program runs that implements this procedure on the basis of calculation rules.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, das Bremsdrehmoment stufenweise zu erhöhen, wobei bei jedem Auftreten einer rückwärtigen Pedalbewegung (entspricht dem Auftreten eines negativen Vorzeichens des Drehmoments des Pedalantriebs und/oder der Drehzahl des Pedalantriebs) eine nächsthöhere Stufe des Bremsdrehmoments eingestellt wird. Als erste Stufe kann das Abschalten des Antriebs vorgesehen sein, um das Elektrofahrrad durch mechanische Widerstände (Reibung etc.) abzubremsen. Die jeweilige Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen kann konstant sein oder kann sich nach der Stärke der rückwärtigen Pedalbewegung richten. Im letzteren Fall wird hier die Erhöhung von Stufe zu Stufe so bemessen, wie in der oben dargestellten ersten Variante das Bremsdrehmoment bemessen wird. Wenn eine vorwärtsgerichtete Pedalbewegung erfasst wird, dann wird die Stufe, d.h. das Bremsdrehmoment, auf null zurückgestellt. Eine entsprechende Steuerungsvorrichtung kann diese Variante umsetzen durch einen mit dem Vorzeichendetektor verbundenen Zähler, wobei die Steuerungsvorrichtung ein Abschaltsignal oder ein Bremssignal abgibt, dessen Stärke dem Wert des Zählers entspricht oder von diesem abgeleitet wird, wobei beim ersten Auftreten, d.h. ersten Erhöhen des Zählers, das Abschaltsignal vorgesehen wird, und bei darauffolgendem Auftreten das Bremssignal (gemäß Zählerwert) vorgesehen wird.A second variant of the method according to the invention provides for the braking torque to be increased in steps, with each occurrence of a backward pedal movement (corresponding to the occurrence of a negative sign of the torque of the pedal drive and/or the speed of the pedal drive) setting a next higher level of the braking torque. As a first stage, switching off the drive can be provided in order to brake the electric bicycle through mechanical resistance (friction, etc.). The respective difference between two consecutive steps can be constant or can depend on the amount of backward pedaling movement. In the latter case, the increase from stage to stage is dimensioned here in the same way as the braking torque is dimensioned in the first variant presented above. If forward pedal movement is detected, then the stage, i.e. braking torque, is reset to zero. A corresponding control device can implement this variant by means of a counter connected to the sign detector, the control device emitting a switch-off signal or a braking signal whose strength corresponds to the value of the counter or is derived from it, the first occurrence, i.e. the first increment of the counter, Shutdown signal is provided, and the braking signal (according to counter value) is provided on subsequent occurrence.

Zum Erzeugen des Bremssignals kann die Vorrichtung einen Signalgenerator umfassen, der eingerichtet ist, gemäß einer vorgegebenen Kennlinie den Wert des Zählers in eine Bremssignalstärke umzuwandeln. Die Kennlinie gibt ein zumindest stückweise monoton steigendes Verhältnis zwischen Zähler und Bremssignalstärke an, wobei die Kennlinie auch durch eine diskrete Zuordnung von Zählerwerten und wertdiskreten Bremssignalstärken vorgesehen sein kann, die beispielsweise mittels eines Programms und zugehörigem programmierbaren Schaltkreis realisiert ist Für einen höheren Zählerwert wird von der Steuervorrichtung eine höhere Bremssignalstärke ausgewählt, als für einen niedrigeren Zählerwert.To generate the braking signal, the device can include a signal generator which is set up to convert the value of the counter into a braking signal strength according to a predefined characteristic. The characteristic indicates an at least partially monotonically increasing relationship between the counter and the braking signal strength, in which case the characteristic can also be provided by a discrete assignment of counter values and value-discrete braking signal strengths, which is implemented, for example, by means of a program and associated programmable circuit. For a higher counter value, the Control device selected a higher brake signal strength than for a lower counter value.

Eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, die Höhe des Bremsdrehmoments gemäß der erfassten Dauer der rückwärtigen Pedalbewegung einzustellen, wobei das Bremsdrehmoment monoton steigend von einer Dauer abhängt, für die die rückwärtige Pedalbewegung (erfasst anhand eines negativen Vorzeichens des Drehmoments des Pedalantriebs und/oder der Drehzahl des Pedalantriebs) auftritt. Diese Variante lässt sich insbesondere mit der zweiten Variante kombinieren, wobei das Bremsdrehmoment innerhalb einer Stufe mit zunehmender Dauer der rückwärtigen Pedalbewegung ansteigt. Bei der dritten Variante wird vorzugsweise bei erfassten Zeitdauern, die nicht über einer Mindestdauer liegen, zunächst als „nullte Bremsstufe“ der Antrieb abgeschaltet, und erst bei Zeitdauern, die über der Mindestdauer liegen, ein aktives Bremsdrehmoment mittels der elektrischen Maschine erzeugt. Eine entsprechende Steuerungsvorrichtung kann diese Variante umsetzen durch eine mit dem Vorzeichendetektor verbundene Zeitdauerfassung, beispielsweise einen Timer oder eine Taktquelle in Kombination mit einem Zähler. Die Zeitdauererfassung erfasst die Zeitdauer des Auftretens des negativen Vorzeichens, beispielsweise durch Triggern des Timers zu Beginn der Zeiterfassung und durch Beenden der Zeiterfassung, wenn die erfasste Größe (Pedaldrehmoment, Pedaldrehzahl oder eine Kombination hiervon) null oder positiv wird. Dadurch ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, die Höhe des Bremssignals ansteigend mit der erfassten Zeitdauer vorzusehen.A third variant of the method according to the invention provides for the level of the braking torque to be set according to the detected duration of the backward pedal movement, with the braking torque increasing monotonically depending on a duration for which the backward pedal movement (detected using a negative sign of the torque of the pedal drive and/or the speed of the pedal drive) occurs. This variant can be combined in particular with the second variant, with the braking torque increasing within a stage with increasing duration of the backward pedal movement. In the third variant, the drive is preferably switched off as a "zero braking stage" for detected periods of time that are not longer than a minimum period, and an active braking torque is only generated by the electric machine for periods that are longer than the minimum period. A corresponding control device can implement this variant by means of a time duration detection connected to the sign detector, for example a timer or a clock source in combination with a counter. Duration detection detects the duration of the occurrence of the negative sign, e.g. by triggering the timer at the start of the time detection and ending the time detection when the sensed quantity (pedal torque, pedal speed or a combination thereof) becomes zero or positive. As a result, the control device is set up to increase the level of the braking signal with the detected time period.

In einer vierten Variante der Erfindung wird die rückwärts gerichtete Pedalbewegung in eine Rückwärtsdrehung des elektrischen Antriebs (vorzugsweise bei Hinterradantrieb) umgewandelt. Diese Funktion wird vorzugsweise nur dann aktiviert, wenn sich das Rad zuvor im Stillstand befunden hat, bzw. vollständig abgebremst worden ist. Hier kann über die Elektronik eine beliebige Übersetzung zwischen Pedalbewegung und Rückwärtsdrehung des Hinterrads eingestellt werden. Wie bei der Vorwärtsbewegung des Rads kann die Motorleistung durch die Parameter Drehmoment und Drehzahl geregelt werden.In a fourth variant of the invention, the backward pedal movement is converted into a reverse rotation of the electric drive (preferably with rear-wheel drive). This function is preferably only activated when the wheel has previously been at a standstill or has been braked completely. Here, any ratio between pedal movement and reverse rotation of the rear wheel can be set via the electronics. As with moving the wheel forward, engine power can be controlled by parameters of torque and speed.

In einer fünften Variante der Erfindung kann die Rückwärtsbewegung des Pedals selbst zum Betrieb des Motors im generatorischen Modus verwendet werden. In diesem Fall wird die Muskelkraft des Fahrers zum Aufladen des Akkumulators verwendet. Auch hier wird erfindungsgemäß die Rückwärtsbewegung der Pedale erkannt, um in den Generatormodus zu wechseln.In a fifth variant of the invention, the reverse movement of the pedal itself can be used to operate the motor in generator mode. In this case, the driver's muscle power is used to charge the accumulator. Here too, according to the invention, the backward movement of the pedals is recognized in order to switch to the generator mode.

Je länger der Rücktritt ausgeführt wird, desto stärker ist die elektrische Bremse bzw. die Rekuperation. Ein Mindestdauervergleicher ist eingerichtet, die erfasste Zeitdauer des Betätigens mit einer vorgegebenen Mindestdauer zu vergleichen, und erst bei Überschreiten der Mindestdauer ein Bremssignal an den elektrischen Antrieb abzugeben, wobei bei einer Betätigung, deren Dauer nicht über der Mindestdauer liegt, lediglich ein Abschaltsignal vorgesehen wird, das den angeschlossenen elektrischen Antrieb beendet.The longer the backpedaling is performed, the stronger the electric brake or the recuperation. A minimum duration comparator is set up to compare the recorded duration of the actuation with a specified minimum duration and only to emit a braking signal to the electric drive when the minimum duration is exceeded, with actuation whose duration does not exceed the minimum duration only a switch-off signal being provided, which terminates the connected electric drive.

Die Erfindung wird ferner vorgesehen durch eine Energieversorgungsvorrichtung, die die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung und einem Akkumulator umfasst. Die Energieversorgungsvorrichtung umfasst eine Leistungsschaltung, die mit dem Vorzeichendetektor direkt oder indirekt verbunden ist. Die Energieversorgungsvorrichtung ist eingerichtet ist, bei Auftreten eines Bremssignals elektrische Energie von einem Motoranschluss der Energieversorgungsvorrichtung an den Akkumulator zu leiten. Die Energieversorgungsvorrichtung kann einer Energieversorgungsvorrichtung entsprechen, die auch in einem Unterstützungsmodus elektrische Energie Akkumulator an den Motoranschluss leiten kann, um einen Energiefluß in beide Richtungen (zur Rekuperation und zum Antrieb des Elektrofahrrads) zu ermöglichen. Die Energieversorgungsvorrichtung kann somit nur zur Übertragung von Energie von dem Motoranschluss an den Akkumulator geeignet sein, wobei eine weitere Einrichtung im Unterstützungsbetrieb die Energieübertragung in umgekehrter Richtung vorsieht, oder kann vorzugsweise zur Übertragung der elektrischen Energie in beide Richtungen vorgesehen sein. Die Energieversorgungsvorrichtung kann Leistungshalbleiter umfassen, insbesondere MOSFETs, die schaltbar sind, und die durch Ihren steuerbaren ON-Zustand bzw. über eine Pulsweitenmodulation in steuerbarer Weise Strom leiten.The invention is further provided by an energy supply device which comprises the control device according to the invention and an accumulator. The power supply device includes a power circuit that is directly or indirectly connected to the sign detector. The energy supply device is set up to conduct electrical energy from a motor connection of the energy supply device to the accumulator when a braking signal occurs. The energy supply device can correspond to an energy supply device that can also conduct electrical energy accumulator to the motor connection in a support mode in order to allow energy to flow in both directions (for recuperation and for driving the electric bicycle). The energy supply device can thus only be suitable for the transmission of energy from the motor connection to the accumulator, with a further device providing the energy transmission in the reverse direction in support mode, or can preferably be provided for the transmission of electrical energy in both directions. The energy supply device can include power semiconductors, in particular MOSFETs, which are switchable and which conduct current in a controllable manner due to their controllable ON state or via pulse width modulation.

Die Erfindung wird ferner vorgesehen von einem elektrischen Antriebsstrang zum Antrieb eines Elektrofahrrads, wobei der elektrische Antriebsstrang die erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung sowie eine elektrische Maschine umfasst, die mit dem Motoranschluss verbunden ist. Die elektrische Maschine ist geeignet, an einen Abtrieb des Elektrofahrrads leistungsübertragend montiert zu werden. Die elektrische Maschine kann so, wenn Sie an dem Abtrieb montiert ist, mechanische Energie (genauer: Rotationsenergie, die von der Fortbewegung des Elektrofahrrads stammt) vom Abtrieb umwandeln und in Form elektrischer Energie an den Akkumulator der Energieversorgungsvorrichtung übertragen. In gleicher Weise ist der Antriebsstrang (insbesondere die elektrische Maschine) eingerichtet, elektrischeThe invention is also provided by an electric drive train for driving an electric bicycle, the electric drive train comprising the energy supply device according to the invention and an electric machine that is connected to the motor connection. The electric machine is suitable for being mounted on an output of the electric bicycle in a power-transmitting manner. The electric machine, when it is mounted on the output, can convert mechanical energy (more precisely: rotational energy that comes from the movement of the electric bicycle) from the output and transfer it to the accumulator of the energy supply device in the form of electrical energy. The drive train (in particular the electric machine) is set up in the same way, electric

Energie von dem Akkumulator umzuwandeln und in Form mechanischer Energie an den Abtrieb zu übertragen, um die Fortbewegung des Elektrofahrrads zu unterstützen. Als elektrische Maschine wird vorzugsweise eine Gleichstrommaschine verwendet, die als Generator und als elektrischer Antrieb verwendet wird.Converting energy from the accumulator and transferring it to the output in the form of mechanical energy in order to support the locomotion of the electric bicycle. A DC machine, which is used as a generator and as an electric drive, is preferably used as the electric machine.

Das Drehmoment der Gleichstrommaschine, d.h. das Bremsdrehmoment (und das Antriebsmoment) kann durch Einstellen des Erregerstroms gesteuert werden, wenn die Gleichstrommaschine selbsterregt oder fremderregt ist. Die Gleichstrommaschine kann eine selbsterregte oder fremderregte Gleichstrommaschine sein, deren Betriebsparameter unter anderem durch den Erregerstrom eingestellt werden, oder kann eine permanenterregte Gleichstrommaschine sein.The torque of the DC machine, i.e. the braking torque (and the driving torque) can be controlled by adjusting the exciting current when the DC machine is self-excited or externally excited. The DC machine can be a self-excited or externally excited DC machine whose operating parameters are set, among other things, by the excitation current, or it can be a permanently excited DC machine.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

1 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkungsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung.

Show it:

1 a diagram to illustrate the mode of operation of an embodiment of the method according to the invention and
2 an embodiment of the control device according to the invention.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

In 1 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Leistung des Elektroantriebs P mit der Kurve 10, den Verlauf des Drehmoments M, mit dem der Pedalantrieb beaufschlagt ist, mit der Kurve 20, und die Drehzahl N des Pedalantriebs, die anhand zeitdiskreter Werte erfasst ist, mit der Kurve 30. Die Leistung des Pedalantriebs P entspricht näherungsweise der elektrischen Leistung, die zur elektrischen Maschine geleitet wird bzw. von dieser erzeugt wird. Die im Diagramm dargestellten Größen sind positiv im Sinne eines unterstützenden Antriebs dargestellt. Da jedoch die Erzeugung eines Bremsdrehmoments und negative Drehzahlen und Drehmomente im Fokus der Erfindung stehen, werden die negative Entwicklung und Bezugnahmen zu Schwellwerten im Folgenden mit umgekehrtem Vorzeichen betrachtet, d.h. eine Unterschreitung eines Schwellwerts durch negative Werte wird als Überschreitung durch Werte betrachtet, die sich auf eine rückwärtsgerichtete Pedalbewegung beziehen, und abnehmende, negative Größen werden als zunehmende Größen beschrieben, das sie sich auf eine rückwärtsgerichtete Pedalbewegung beziehen.In 1 is a time curve diagram showing the power of the electric drive P with the curve 10, the curve of the torque M applied to the pedal drive with the curve 20, and the speed N of the pedal drive, which is recorded using time-discrete values, with the curve 30. The power of the pedal drive P corresponds approximately to the electrical power that is routed to the electric machine or is generated by it. The variables shown in the diagram are positive in the sense of a supporting drive. However, since the generation of a braking torque and negative speeds and torques are the focus of the invention, the negative development and references to threshold values are considered in the following with the opposite sign, i.e. falling below a threshold value through negative values is regarded as exceeding through values that relate to relate backward pedaling motion, and decreasing, negative magnitudes are described as increasing magnitudes related to backward pedaling motion.

Bis zum Zeitpunkt t1 sind die Werte des Drehmoments M und der Drehzahl N positiv, weshalb kein Bremsmoment erzeugt wird, sondern eine positive Unterstützungsleistung P erzeugt wird, um die Fortbewegung des Fahrzeugs zu unterstützen. Bis zum Zeitpunkt t1 lässt die Pedalbetätigung nach, ist jedoch positiv.Up to the time t1, the values of the torque M and the speed N are positive, which is why no braking torque is generated, but a positive support power P is generated to support the movement of the vehicle. Up to the point in time t1, the pedal actuation decreases, but is positive.

In einer kurzen Zeitperiode, die sich t1 anschließt, findet keine wesentliche Pedalbetätigung statt, wobei Drehmoment M und Drehzahl N leicht negativ sind, d.h. unter einer Drehmoment- bzw. Drehzahlschwelle 40, die einem Mindestschwellwert entspricht. Erfindungsgemäß wird dadurch zunächst die Leistung P des Elektroantriebs auf null gesetzt, d.h. der elektrische Antrieb abgeschaltet. Nach dem Zeitpunkt t2 überschreiten die Drehmoment M und Drehzahl N die Schwelle 40, so dass die Antriebsleistung P erhöht wird gemäß dem Ansteigen einer Kombination von Drehzahl N und Drehmoment, beispielsweise einem Produkt von N und M. Zum Zeitpunkt t3 wird eine maximale negative Antriebsleistung P erreicht, so dass trotz zunehmender Drehzahl N und zunehmendem Drehmoment M die durch die negative Antriebsleistung P hervorgerufene Bremswirkung nicht weiter erhöht wird.For a short period of time following t1, there is no significant pedaling, with torque M and speed N slightly negative, i.e. below a torque and speed threshold 40, respectively, which corresponds to a minimum threshold. According to the invention, the power P of the electric drive is initially set to zero, i.e. the electric drive is switched off. After time t2, the torque M and speed N exceed the threshold 40, so that the drive power P is increased according to the increase of a combination of speed N and torque, for example a product of N and M. At time t3, a maximum negative drive power P achieved, so that despite increasing speed N and increasing torque M, the braking effect caused by the negative drive power P is not further increased.

Zum Zeitpunkt t4 endet die negative Pedalbewegung, d.h. N und M sind nicht mehr negativ. Dadurch wird die Erzeugung der negativen Leistung P beendet. Wenn danach N und/oder M einen positiven Schwellwert (nicht dargestellt) überschreiten, so wird die (positive) Antriebsleistung erhöht bzw. der Antrieb wird im Unterstützungsmodus angeschaltet (nicht dargestellt).At time t4 the negative pedal movement ends, i.e. N and M are no longer negative. This stops the generation of the negative power P. If N and/or M then exceed a positive threshold value (not shown), the (positive) drive power is increased or the drive is switched on in support mode (not shown).

Da die Leistung P zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 negativ ist, wird die kinetische Energie rekuperiert, d.h. die elektrische Maschine erzeugt eine elektrische Leistung P, die in dem Akkumulator zur Speicherung zugeführt wird.Since the power P is negative between the times t2 and t4, the kinetic energy is recuperated, i.e. the electrical machine generates an electrical power P, which is fed to the accumulator for storage.

Grundsätzlich kann die Erfassung, ob Drehmoment und/oder Drehzahl des Pedalantriebs negativ sind, ein Offset umfassen, so dass unerwünschte, minimale Unterschreitungen des Werts Null nicht tatsächlich als negative Größen erfasst werden. Es kann daher ein (positiver) Empfindlichkeitsoffset vorgesehen sein, der zu den Größen addiert wird, bevor deren Vorzeichen erfasst wird. In gleicher Weise kann ein (negativer) Empfindlichkeitsoffset vorgesehen sein, mit dem die Größen verglichen werden, anstatt mit einem Wert von Null. Dadurch werden minimale negative Abweichungen der Größen nicht als negatives Vorzeichen gewertet, sondern nur negative Werte, die einen Mindestbetrag aufweisen.In principle, the detection of whether the torque and/or speed of the pedal drive are negative can include an offset, so that undesired, minimal undershooting of the value zero is not actually detected as negative variables. A (positive) sensitivity offset can therefore be provided, which is added to the quantities before their sign is detected. Likewise, a (negative) sensitivity offset can be provided against which the magnitudes are compared, rather than a zero value. As a result, minimal negative deviations of the sizes are not evaluated as a negative sign, but only negative values that have a minimum amount.

In der 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung schematisch darstellt Das Blockschaltbild zeigt eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung 100 mit einem zweigeteilten Sensoreingang 110, 112, der zum Anschluss an Sensoren 120, 122 (gestrichelt dargestellt) eingerichtet ist, die Drehmoment und Drehzahl des Pedalantriebs (nicht dargestellt) erfassen. Die Steuerungsvorrichtung 100 umfasst jeweils einen Vorzeichendetektor 130, 132 für jede mittels Sensor erfasste Größe. Die jeweiligen Ausgänge der Vorzeichendetektoren 130, 132 sind mit einer Auswerteschaltung 140 verbunden, die in der Lage ist, die beiden Ausgänge der Vorzeichendetektoren 130, 132 zu kombinieren, beispielsweise durch eine AND-Verknüpfung, und an einem Ausgang 150 der Steuerungsvorrichtung 100 ein Signal auszugeben, das den Fahrmodus bzw. Bremsmodus wiedergibt.In the 2 is a block diagram that schematically shows an embodiment of the control device according to the invention shown). The control device 100 includes a sign detector 130, 132 for each variable detected by a sensor. The respective outputs of the sign detectors 130, 132 are connected to an evaluation circuit 140 which is able to combine the two outputs of the sign detectors 130, 132, for example by an AND link, and to output a signal at an output 150 of the control device 100 , which reflects the driving mode or braking mode.

Der Ausgang 150 ist an eine Energieüberleitungseinrichtung 160 anschließbar, die im Rekuperationsmodus den Fluss elektrischer Energie zwischen einem Energieabgabeanschluss 170 und einem Energieeingabeanschluss 180 ermöglicht. Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Energieüberleitungseinrichtung 160, der Energieabgabeanschluss 170 und der Energieeingabeanschluss 180 Teil der Steuerungsvorrichtung 100 sind. Der Energieabgabeanschluss 170 ist an einen Akkumulator 190 anschließbar und der Energieeingabeanschluss 180 ist an eine elektrische Maschine 200 anschließbar, die je nach Betriebsmodus als elektrischer Antrieb oder als elektrische Bremse bzw. als Generator arbeitet.The output 150 can be connected to an energy transfer device 160 which enables the flow of electrical energy between an energy output connection 170 and an energy input connection 180 in the recuperation mode. An embodiment of the invention provides that the energy transfer device 160, the energy output connection 170 and the energy input connection 180 are part of the control device 100. The energy output connection 170 can be connected to an accumulator 190 and the energy input connection 180 can be connected to an electric machine 200, which, depending on the operating mode, can be used as an electric Drive or works as an electric brake or as a generator.

Weitere Ausführungsformen können vorsehen, dass das Sensorsignal vorgefiltert wird, bsp. durch Entprellen bzw. Tiefpassfiltern. Es kann ferner als Filterung eine Störsignalunterdrückung vorgesehen sein, die negative Signalwerte mit einem Betrag unter einer vorgegebenenen Signifikanzschwelle auf Null setzt, um Ansteuerungen aufgrund von Rauschen oder nicht signifikanten Signalen zu unterdrücken. Derartige Filterungen können in der Steuerungsvorrichtung oder in dem (mindestens einen) Vorzeichendetektor integriert sein.Other embodiments can provide that the sensor signal is pre-filtered, bsp. by debouncing or low-pass filtering. Furthermore, interference signal suppression can be provided as filtering, which sets negative signal values with an amount below a predetermined significance threshold to zero in order to suppress activations due to noise or insignificant signals. Such filtering can be integrated in the control device or in the (at least one) sign detector.

Als erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung kann eine Kombination von Steuerungsvorrichtung 100, Energieüberleitungseinrichtung 160 und Akkumulator 190 angesehen werden, wobei die Energieüberleitungseinrichtung 160 elektrische Energie in beide Richtungen zwischen Energieabgabeanschluss 170 und Energieeingabeanschluss 180 übertragen kann. Hierbei dient die Energieüberleitungseinrichtung 160, wenn elektrische Energie von Energieeingabeanschluss 180 an Energieabgabeanschluss 170 übertragen wird, als elektrische Bremse, in funktioneller Kombination mit der anschließbaren elektrischen Maschine 200.A combination of control device 100, energy transfer device 160 and accumulator 190 can be regarded as the energy supply device according to the invention, with energy transfer device 160 being able to transfer electrical energy in both directions between energy output connection 170 and energy input connection 180. When electrical energy is being transmitted from energy input connection 180 to energy output connection 170, energy transfer device 160 serves as an electric brake in functional combination with connectable electric machine 200.

Als erfindungsgemäßer Antriebsstrang kann eine Kombination von Steuerungsvorrichtung 100, Energieüberleitungseinrichtung 160, Akkumulator 190 und elektrische Maschine 200 angesehen werden.A combination of control device 100, energy transfer device 160, accumulator 190 and electric machine 200 can be regarded as the drive train according to the invention.

Claims

Method for actuating an electric brake of an electric bicycle, with the steps: detecting a torque of a pedal drive of the electric bicycle, a speed of the pedal drive, or both variables; determining the sign of the torque, the speed, or both; and generating a braking torque by means of the electric brake or switching off an electric drive of the electric bicycle if the sign of the torque, the speed or both variables is negative.

procedure after claim 1 , wherein the braking torque is generated by an electrical machine that provides the electrical brake and converts the kinetic energy of the electric bicycle into electrical energy, with at least part of the electrical energy being stored in an accumulator and the electrical machine also provides an electrical drive of the electric bicycle .

procedure after claim 1 or 2 , whereby the magnitude of the braking torque increases monotonically depending on the magnitude of the torque, the speed or both variables, or the magnitude of the braking torque is increased in stages if the negative sign occurs multiple times, or the magnitude of the braking torque increases monotonically depends on a duration for which the negative sign occurs.

Control device for actuating an electric brake of an electric bicycle, comprising: a sensor input (110, 112), set up to receive a torque signal from a torque sensor (120) of a pedal drive of the bicycle, a speed signal from a speed sensor (122) of the pedal drive, or both signals, the Control device (100) comprises a sign detector (130, 132) connected to the sensor input, which detects negative signs of the input sensor signal or sensor signals and which is set up to provide a braking signal or a switch-off signal when a negative sign occurs.

control device claim 4 , which further has an electrical energy output connection (170) and an electrical energy input connection (180), wherein the electrical energy output connection (170) can be connected to an accumulator (190), the electrical energy input connection (180) can be connected to an electrical machine (200), and the control device (100) comprises an energy transfer device (160) which is connected to the energy output connection (170) and the energy input connection (180) and which is set up to output electrical energy from the energy input connection to the energy output connection in a controllable manner by the braking signal.

control device claim 4 or 5 , wherein the control device (100) is set up to provide the magnitude of the braking torque monotonically increasing from the magnitude of the torque, the speed or both variables, or wherein the control device (100) comprises a counter connected to the sign detector, which is set up to to detect the number of occurrences of the negative sign, and the control device (100) arranged to provide the magnitude of the braking signal incrementally increasing with the number, or wherein the control device (100) comprises a time detector connected to the sign detector (130, 132) which is arranged is to detect a duration of the occurrence of the negative sign, and the control device (100) is set up to determine the level of the brake signal increasing with the detected period of time.

Energy supply device with the control device (100) according to one of Claims 4 until 6 and an accumulator (190), wherein the energy supply device comprises a power circuit which is connected directly or indirectly to the sign detector (130, 132) and is set up to interrupt a supply of electrical energy to a motor connection when the switch-off signal occurs or when the brake signal occurs conducting electrical energy from a motor connection of the energy supply device to the accumulator (190).

Electric drive train for driving an electric bicycle, the electric drive train having the energy supply device claim 7 and an electrical machine (200) which is connected to the motor connection, wherein the electrical machine (200) can be connected to the output of the electric bicycle in a power-transmitting manner and is set up to convert mechanical energy from the output and to transfer it to the accumulator (190 ) to transfer the energy supply device, as well as to convert electrical energy from the accumulator (190) and to transmit it to the output in the form of mechanical energy.