DE102010039852A1

DE102010039852A1 - Method and device for detecting an offset error of a torque sensor of a bicycle pedal drive

Info

Publication number: DE102010039852A1
Application number: DE102010039852A
Authority: DE
Inventors: Armin Niederer; Gregor Dasbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-01
Also published as: EP2609002A1; WO2012025314A1; JP2013536445A; TW201226874A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Offsetfehlers eines Drehmomentsensors eines Fahrrad-Pedalantriebs. Ein Zustand wird ermittelt, in dem im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt, durch Erfassen zumindest eines Pedalbetätigungswerts, der die Pedalstellung, die Pedaldrehzahl, die Pedaldrehrichtung oder die relative Betätigungsstärke des Pedalantriebs wiedergibt. Ein Drehmomentsignals des Drehmomentsensors wird während dieses Zustands erfasst, wobei der Signalwert des Drehmomentsignals den Offsetfehler wiedergibt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for detecting an offset error of a torque sensor of a bicycle pedal drive. A state is determined in which essentially no torque acts on the torque sensor by detecting at least one pedal actuation value which reflects the pedal position, the pedal speed, the pedal direction of rotation or the relative actuation strength of the pedal drive. A torque signal from the torque sensor is detected during this state, the signal value of the torque signal reflecting the offset error. The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Description

Stand der TechnikState of the art

Drehmomentsensoren an Pedalantrieben (insbesondere von Fahrrädern) erfassen das auf den Pedalantrieb wirkende Drehmoment und geben ein Signal ab, das das Drehmoment wiedergibt. Beispielsweise bei mechanischen Grundspannungen innerhalb des Sensors kommt es zu Offset-Fehlern, die das Messergebnis verfälschen.Torque sensors on pedal drives (especially bicycles) detect the torque acting on the pedal drive and output a signal representing the torque. For example, with basic mechanical stresses within the sensor, offset errors occur that falsify the measurement result.

In der Druckschrift DE 42 27 586 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der Messfehler von Drehmomentsensoren ermittelt wird, indem an den Pedalen genau definierte Drehmomente eingeprägt werden (durch definierte Gewichte), und das entsprechende Signal erfasst wird. Das erfasste Signal kann so mit den definierten Drehmomenten in Zusammenhang gebracht werden, um den Messfehler zu ermitteln. Dieser Verfahren ist jedoch aufwändig, insbesondere aufgrund der zu verwendenden Gewichte, und kann ferner nicht ohne Weiteres während des üblichen Betriebs des Fahrrads ausgeführt werden.In the publication DE 42 27 586 A1 a method is described in which the measurement error of torque sensors is determined by precisely defined torques are impressed on the pedals (by defined weights), and the corresponding signal is detected. The detected signal can thus be associated with the defined torques in order to determine the measurement error. However, this method is expensive, in particular due to the weights to be used, and furthermore can not easily be carried out during the usual operation of the bicycle.

Die Druckschrift DE 600 32 819 T2 ist beschrieben, mittels eines Dehnungssensors die Verwindung eines Fahrradrahmens zu erfassen. Anhand der Verwindung wird eine Pedalkraft erfasst; die Verwindungsrichtung ist beidseitig (zu Seiten jeden Pedals), so dass das sich ergebende Signalsymmetrisch ist. Ein Versatz dieser Symmetrie wird erfasst, indem das Messsignal ermittelt wird, während die Pedale nicht mit Kraft beaufschlagt sind. Aufgrund des Sensoranordnung wird jedoch auch die Vertikalkomponente der Kraft erfasst, die nicht zu dem Pedaldrehmoment beiträgt, etwa wenn sich die Pedale vertikal befinden und einseitig belastet werden, wie es der Fall ist, wenn der Fahrer auf dem unteren Pedal steht und das obere Pedal weniger belastet. Der gemäß dieser Druckschrift ermittelte Versatz ist daher mit einem wesentlichen Fehler behaftet, der sich aus einer statischen ungleichen Belastung der Pedale ergibt.The publication DE 600 32 819 T2 is described to detect the distortion of a bicycle frame by means of a strain sensor. Based on the torsion, a pedal force is detected; the twisting direction is bilateral (to each pedal side), so that the resulting signal is symmetrical. An offset of this symmetry is detected by detecting the measurement signal while the pedals are not energized. However, due to the sensor arrangement, the vertical component of the force that does not contribute to the pedal torque, such as when the pedals are vertical and loaded on one side, is also detected, as is the case when the driver is on the lower pedal and the upper pedal is less loaded. The determined according to this document offset is therefore subject to a significant error resulting from a static unequal loading of the pedals.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Pedaldrehmomenterfassung zu ermöglichen, die eine höhere Präzision aufweist.It is therefore an object of the invention to enable a pedal torque detection having a higher precision.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the method and apparatus according to the independent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht eine präzisere Erfassung eines Pedaldrehmoments und kann mit kostengünstigen und insbesondere einfach erhältlichen Komponenten realisiert werden. Es werden zahlreiche Komponenten üblicher Pedalantriebe und Steuerungen unter Nutzung von Synergien mitverwendet. Insbesondere kann ein wesentlicher Teil der Funktionen der Erfindung mittels eines Prozessors oder mittels einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinheit realisiert werden, der bzw. die bereits andere Funktionen wie Pedalüberwachung, Geschwindigkeitsmessung oder Schaltgetriebesteuerung umsetzt. Die Erfindung ermöglicht die Erfassung eines Offsets des Sensors nicht nur im Rahmen der Herstellung, sondern auch während des Betriebs ohne Beeinträchtigung des Sensorbetriebs.The invention enables a more precise detection of a pedal torque and can be realized with inexpensive and in particular easily available components. Numerous components of conventional pedal drives and controls using synergies are used. In particular, a substantial part of the functions of the invention can be realized by means of a processor or by means of another programmable data processing unit which already implements other functions such as pedal monitoring, speed measurement or gearbox control. The invention makes it possible to detect an offset of the sensor not only during production, but also during operation without affecting the sensor operation.

Die Erfindung sieht vor, einen kraftfreien Zustand des Pedalantriebs zu ermitteln, indem ein Pedalbetätigungswert betrachtet wird. Da in kraftfreiem Zustand (d. h. ein Zustand, in dem kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt) auch das Ausgangssignal eines Drehmomentsensors des Pedalantriebs einem Drehmomentwert von null entsprechen sollte, wird in diesem Zustand ein Fehler erfasst. Der Fehler betrifft insbesondere einen Offset (auch als Offsetfehler bezeichnet), d. h. einen Wert, um den eine Signalwert-Kraft-Kennlinie (oder Spannung-Kraft-Kennlinie) des Drehmomentsensors in Richtung des Signalwerts (d. h. der Spannung) des Sensors verschoben ist. Derartige Offsets werden insbesondere durch statische mechanische Spannungen am Sensor ausgelöst, beispielsweise temperaturabhängige mechanische Spannungen. Der erfasste Offset wird bei der späteren Messung berücksichtigt, indem das Ausgangssignal des Sensors um den Offset reduziert wird, wodurch das Ausgangssignal um den Offset kompensiert wird. Die Erfassung des Offsets, zusammen mit der späteren Berücksichtigung des Offsets bei weiteren Messungen wird auch als Kalibration bezeichnet.The invention provides to determine a power-free state of the pedal drive by considering a pedal actuation value. In the non-energized state (i.e., a state in which no torque acts on the torque sensor), the output signal of a torque sensor of the pedal drive should also correspond to a torque value of zero, an error is detected in this state. In particular, the error relates to an offset (also referred to as offset error), d. H. a value by which a signal-to-force characteristic (or voltage-to-voltage characteristic) of the torque sensor is shifted in the direction of the signal value (i.e., the voltage) of the sensor. Such offsets are triggered in particular by static mechanical stresses on the sensor, for example temperature-dependent mechanical stresses. The detected offset is taken into account in the later measurement by reducing the output signal of the sensor by the offset, whereby the output signal is compensated by the offset. The detection of the offset, together with the later consideration of the offset in further measurements is also referred to as calibration.

Erfindungsgemäß wird das Drehmoment am Fahrrad-Pedalantrieb erfasst. insbesondere wird das Drehmoment erfasst, das von den Pedalen (oder der Pedalkurbel) an den Abtrieb (insbesondere an eine Kette, die ein Hinterrad antreibt) übertragen wird.According to the invention, the torque is detected on the bicycle pedal drive. In particular, the torque is detected, which is transmitted from the pedals (or the pedal crank) to the output (in particular to a chain that drives a rear wheel).

Das Fahrrad ist vorzugsweise ein Elektrofahrrad (auch als E-Bike bezeichnet), bei dem neben dem Pedalantrieb auch ein Elektroantrieb vorgesehen ist. Da insbesondere zur Steuerung der Leistung des Elektroantriebs die Pedalleistung bzw. das Drehmoment zu erfassen ist, die bzw. das von dem Pedalantrieb ausgeübt wird, ist eine präzise Erfassung des Pedal-Drehmoments vorteilhaft. Die Erfindung ermöglicht eine Erfassung des Offsetfehlers während dem üblichen Betrieb des Fahrrads bzw. des Elektrofahrrads, d. h. in Pausen des Pedalantriebs, in denen der Fahrrad-Pedalantrieb mit keinem wesentlichen Drehmoment beaufschlagt wird und somit auch kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt. Wie bereits oben bemerkt, ist ein mittels Sensor erfasstes Drehmoment von null notwendigerweise mit einem Drehmoment des Pedalantriebs verknüpft, während der letztgenannte Stand der Technik bei einer einseitigen, statischen Belastung des Pedalantriebs (d. h. der Pedale) eine mechanische Spannung am Sensor aufweist, obwohl der Pedalantrieb nicht mit einem (Antriebs-)drehmoment beaufschlagt ist.The bicycle is preferably an electric bicycle (also known as e-bike), in which in addition to the pedal drive and an electric drive is provided. In particular, since the pedaling power or the torque exerted by the pedal drive is to be detected for controlling the power of the electric drive, precise detection of the pedal torque is advantageous. The invention allows detection of the offset error during normal operation of the bicycle or the electric bicycle, ie in pauses of the pedal drive, in which the bicycle pedal drive is subjected to no significant torque and thus no torque acts on the torque sensor. As already noted above, one is by means of a sensor detected torque of zero necessarily associated with a torque of the pedal drive, while the latter state of the art in a one-sided static load on the pedal drive (ie the pedals) has a mechanical tension on the sensor, although the pedal drive is not applied with a (drive) torque is.

Bevorzugt wird ein Antrieb mit einem Getriebe verwendet, bei dem das Übersetzungsverhältnis bekannt ist. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich aus dem gewählten Gang. Ist ferner die Fahrgeschwindigkeit bekannt, d. h. die Winkelgeschwindigkeit eines Rads des Fahrrads, so lässt sich ohne Weiteres ermitteln, ob eine ggf. vorliegende Pedalbewegung zu einem geschlossenen Freilauf führt (wodurch ein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt), oder ob die Pedalbewegung zu langsam ist, um den Freilauf zu schließen. Dadurch kann ein Zustand ermittelt werden, an dem kein (bzw. ein minimales) Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt. Weiterhin kann ein derartiger Zustand erfasst werden durch Betrachtung der Pedalposition, wobei eine vertikale Pedalposition mit einem (auf den Drehmomentsensor wirkendes) Drehmoment von im Wesentlichen null verknüpft ist (d. h. eine Pedalposition entsprechend einem Totpunkt der Pedalbewegung).Preferably, a drive is used with a transmission in which the transmission ratio is known. The gear ratio results from the selected gear. Furthermore, if the driving speed is known, d. H. the angular velocity of a wheel of the bicycle, it can be easily determined whether an optionally present pedal movement leads to a closed freewheel (whereby a torque acts on the torque sensor), or if the pedal movement is too slow to close the freewheel. Thereby, a state can be determined at which no (or a minimum) torque acts on the torque sensor. Further, such a condition may be detected by looking at the pedal position with a vertical pedal position associated with a substantially zero torque (acting on the torque sensor) (i.e., a pedal position corresponding to a dead center of the pedal movement).

Als vertikale Pedalposition werden Pedalpositionen auf einer Linie bezeichnet, die durch den Drehpunkt des Pedalantriebs (d. h. den Drehpunkt der Kurbelwelle) und durch den Punkt geht, an dem die betätigende Person sitzt (genauer: an dem die betätigende Person den Kopf des Oberschenkelknochens aufweist). Mit anderen Worten ist „vertikal” die Richtung, in der sich ein ausgestrecktes Bein des Fahrers erstreckt, wenn dieser auf einem Sattel des Fahrrads sitzt und den Fuß auf das Pedal stellt. Je nach Bauart des Fahrrads kann sich diese vertikale Richtung (d. h. vertikale Betätigungsrichtung, vom Fahrer aus betrachtet) daher von der Schwerkraftrichtung unterscheiden (z. B. bei einem Liegerad).Vertical pedal position refers to pedal positions on a line passing through the pivot point of the pedal drive (i.e., the pivot point of the crankshaft) and through the point at which the operator is seated (more precisely, where the operator has the head of the femur). In other words, "vertical" is the direction in which an outstretched leg of the rider extends as he sits on a saddle of the bicycle and places his foot on the pedal. Depending on the type of bicycle, this vertical direction (i.e., vertical direction of actuation, as viewed by the driver) may therefore differ from the direction of gravity (eg, in a recumbent bike).

Ferner kann ein absolutes Minima des Drehmomentsignals (innerhalb eines Zeitfensters mit vorgegebener Länge) als ein drehmomentfreier Punkt betrachtet werden, wobei der Signalwert an diesem Minimum als Offset angenommen wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, die Pedalbewegungsrichtung als Indikator für einen drehmomentfreien Zustand zu erfassen. Ist diese negativ, so ist der Freilauf offen und auf den Drehmomentsensor wirkt Wesentlichen kein Drehmoment.Further, an absolute minimum of the torque signal (within a predetermined length of time window) may be considered as a torque-free point, with the signal value at that minimum being taken as an offset. A preferred embodiment provides to detect the pedal movement direction as an indicator for a torque-free state. If this is negative, the freewheel is open and essentially no torque acts on the torque sensor.

Bevorzugt wird ein rücktrittfreier Pedalantrieb verwendet, d. h. mit einem Freilauf, der nicht nur über einen freien Winkelbereich (bis zum Erreichen eines Winkels, an dem die Wirkung des Rücktritts beginnt) wirkt, sondern mit einem Freilauf, der winkelunabhängig ohne Bremswirkung arbeitet. Bei Verwendung eines Rücktritts kann das Zeitfenster zwischen Umkehrung der Drehrichtung und dem Eingriff des Rücktritts für die Offset-Korrektur verwendet werden, oder das Fenster, das sich durch den rückwärtigen Drehwinkel ergibt, der von der Pedalkurbel überstrichen wird, bis die Rücktrittbremse eingreift. Der Eingriff des Rücktritt ist erkennbar durch ein negatives Drehmoment bei Pedaldrehzahl null gekennzeichnet. Bei einer Erkennung des Eingriffs des Rücktritts können alle oben genannten Verfahren auch bei Ausführungen mit Rücktritt angewendet werden.Preferably, a resignation-free pedal drive is used, d. H. with a freewheel, which works not only over a free angle range (until reaching an angle at which the effect of the resignation begins), but with a freewheel, the angle-independent works without braking effect. When using a resignation, the time window between reversal of the direction of rotation and engagement of the resignation may be used for the offset correction, or the window resulting from the backward rotational angle swept by the pedal crank until the coaster brake engages. The engagement of the withdrawal is recognizably characterized by a negative torque at pedal speed zero. Upon detection of the intervention of the withdrawal, all the above-mentioned methods can also be applied to embodiments with withdrawal.

Der Offset ist der y-Achsenabschnitt der Signal-Drehmoment-Kennlinie des Drehmomentsensors bei x = 0.The offset is the y-intercept of the signal-torque characteristic of the torque sensor at x = 0.

Während die Pedaldrehrichtung als einzelnes Kriterium (Drehrichtung negativ → kein Drehmoment am Drehmomentsensor) verwendet wird, können andere Betriebsparameter wie Pedalstellung und Pedaldrehzahl mit weiteren Kriterien verknüpft werden. Im letztgenannten Fall kann ein weiteres Kriterium hinzukommen, das zur Erfassung des Offsets zutreffen muss, beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit, eine Fahrbeschleunigung oder eine Laufradwinkelgeschwindigkeit unter einem vorbestimmten Wert, wobei die Fahrgeschwindigkeit oder die Laufradwinkelgeschwindigkeit mit einem weiteren Kriterium verknüpft sein kann, das den gewählten Gang betrifft. Dadurch wird gewährleistet, dass ein Drehmoment von im Wesentlichen Null von einem offenen Freilauf (und ggf. einer offenen Rücktrittbremse) resultiert.While the pedal rotation direction is used as a single criterion (negative direction of rotation → no torque on the torque sensor), other operating parameters such as pedal position and pedal speed can be linked to other criteria. In the latter case, another criterion may be added which must be used to detect the offset, for example a vehicle speed, a vehicle acceleration or a wheel angular velocity below a predetermined value, where the vehicle speed or the wheel angular velocity may be linked to another criterion relating to the selected gear , This ensures that a torque of substantially zero results from an open freewheel (and possibly an open coaster brake).

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Erfassung eines Offsetfehlers eines Drehmomentsensors eines Fahrrad-Pedalantriebs. Der Drehmomentsensor erfasst das Drehmoment, das von den Pedalen an den Abtrieb des Fahrrads übertragen wird. Verfahrensgemäß wird ein Zustand ermittelt, in dem im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt. Dieser Zustand wird ermittelt durch Erfassen zumindest eines Pedalbetätigungswerts, der die Pedalstellung, die Pedaldrehzahl oder die Pedaldrehrichtung des Pedalantriebs wiedergibt. Die Höhe des Pedalbetätigungswerts gibt somit die Stärke der Betätigung der Pedale wieder, woraus das Drehmoment abgeleitet werden kann, mit dem der Drehmomentsensor beaufschlagt wird. Hierbei wird die Art des Antriebs, d. h. keine starre Verbindung sondern ein Freilauf-Antrieb, berücksichtigt. Ein Drehmomentsignal des Drehmomentsensors wird während dieses (lastfreien bzw. drehmomentfreien) Zustands erfasst. Der Signalwert des Drehmomentsignals gibt den Offsetfehler wieder. Mit anderen Worten ist der Wert, den der Drehmomentsensor abgibt, während im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt (d. h. kein Drehmoment von den Pedalen zu dem Abtrieb des Fahrrads übertragen wird), der Offset-Wert (d. h. der Offsetfehler). Um diesen Offset-Wert ist das Signal des Drehmomentsensors verfälscht (wobei der Offset-Wert einen konstanten Gleichanteil darstellt), so dass zur Ermittlung des vom Drehmomentsensor gemessenen Drehmoments das vom Sensor ausgegebene Signal verwendet wird, das um den Offsetfehler korrigiert ist. Es wird das vom Drehmomentsensor abgegebene Signal der Offsetfehler abgezogen.The invention therefore relates to a method for detecting an offset error of a torque sensor of a bicycle pedal drive. The torque sensor detects the torque that is transmitted from the pedals to the output of the bicycle. According to the method, a state is determined in which essentially no torque acts on the torque sensor. This condition is determined by detecting at least one pedal operation value representing the pedal position, the pedal speed, or the pedal rotation direction of the pedal drive. The height of the pedal actuation value thus reflects the strength of the operation of the pedals, from which the torque can be derived, which is applied to the torque sensor. Here, the type of drive, ie no rigid connection but a freewheel drive, taken into account. A torque signal of the torque sensor is detected during this (load-free or torque-free) state. The signal value of the torque signal represents the offset error. In other words, the value that the torque sensor outputs while substantially no torque acts on the torque sensor (ie, no torque is transmitted from the pedals to the output of the bicycle) is the offset value (ie, the offset error). This offset value is the signal of the Torque sensor falsified (the offset value represents a constant DC component), so that is used to determine the torque measured by the torque sensor, the signal output by the sensor, which is corrected by the offset error. The signal emitted by the torque sensor is subtracted from the offset error.

Eine spezifische Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Drehmomentsignal in einem Zustand erfasst wird, in dem die Pedalstellung einer im Wesentlichen vertikalen Stellung des Fahrrad-Pedalantriebs entspricht. Die Pedalstellung wird mittels eines Winkelgebers am Pedalantrieb erfasst. Alternativ wird das Drehmomentsignal in einem Zustand erfasst, in dem die Pedaldrehzahl unter einem vorgegebenen Kraftübertragungs-Schwellwert liegt. Der Kraftübertragungs-Schwellwert kennzeichnet einen Entkopplungszustand eines Freilaufs des Fahrrad-(Pedal)antriebs, beispielsweise eines Kettenantriebs. Der Entkopplungszustand entspricht dem Übergang des offenen Freilaufs zum geschlossenen Freilauf. Wird der Pedalantrieb mit einer Winkelgeschwindigkeit betätigt, die, bezogen auf die Bewegung am Laufrad, kleiner ist als die bezogenen Winkelgeschwindigkeit am Laufrad (bzw. Antriebsrad des Fahrrads), so bleibt der Freilauf geöffnet. Die betreffende Bezugnahme ergibt sich aus dem Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes. Der Entkopplungszustand tritt auf, wenn der Freilauf geöffnet ist. Auch bei Ausführung ohne genau Kenntnis des gewählten Gangs, kann dieses Verfahren Anwendung finden, wenn alleine die maximale Übersetzung bekannt ist. Fällt bei einer Fahrgeschwindigkeit die Trittfrequenz unter den Wert, der bei der maximalen Übersetzung zum Schließen der Freiläufe notwendig ist, kann gefolgert werden, dass die Freiläufe offen sind. Die maximal mögliche Übersetzung tritt dann an die Stelle des vorgegebenen oder durch Sensor erfassten Übersetzungsverhältnisses.A specific embodiment of the invention provides that the torque signal is detected in a state in which the pedal position corresponds to a substantially vertical position of the bicycle pedal drive. The pedal position is detected by means of an angle sensor on the pedal drive. Alternatively, the torque signal is detected in a state where the pedal speed is below a predetermined power transmission threshold. The power transmission threshold denotes a decoupling state of a freewheel of the bicycle (pedal) drive, such as a chain drive. The decoupling state corresponds to the transition of the open freewheel to the closed freewheel. If the pedal drive is operated at an angular speed which, based on the movement on the impeller, is smaller than the relative angular speed on the impeller (or drive wheel of the bicycle), then the freewheel remains open. The relevant reference results from the transmission ratio of the gearbox. The decoupling state occurs when the freewheel is open. Even in the case of execution without precise knowledge of the selected gear, this method can be used if only the maximum gear ratio is known. If, at a driving speed, the cadence falls below the value required for the maximum gear ratio to close the freewheels, it can be concluded that the freewheels are open. The maximum possible translation then takes the place of the predetermined or detected by sensor transmission ratio.

Alternativ wird das Drehmomentsignal (zur Ermittlung des Offsetfehlers) in einem Zustand erfasst, an dem die Betätigungsstärke ein relatives Minimum aufweist. Die Betätigungsstärke ist eine relative Größe und wird durch den relativen Verlauf des Signals des Drehmomentsensors wiedergegeben. Das Minimum wird erfasst durch fortlaufenden Vergleich aufeinanderfolgender Sensorwerte des Drehmomentsensors und/oder durch zeitliches Ableiten des Sensorsignals, beispielsweise durch Vorzeichenwechsel der ersten zeitlichen Ableitung des Sensorsignals. Als Offsetfehler wird das Minimum angenommen, vorzugsweise das kleinste Minimum einer Vielzahl von relativen Minima. Diese Erfassung wird vorzugsweise kombiniert mit anderen Größen, die auf eine Drehmomentbelastung von null hinweisen, beispielsweise ein vertikaler Pedalwinkel oder eine Winkelgeschwindigkeit des Pedalantriebs, die mit einem offenen Freilauf verknüpft ist (d. h. eine Winkelgeschwindigkeit des Pedalantriebs geringer als eine Winkelgeschwindigkeit des Lauf- oder Antriebsrads, wobei eine der Winkelgeschwindigkeiten mittels der Übersetzung auf den selben Bezugspunkt wie die andere Winkelgeschwindigkeit übertragen wird).Alternatively, the torque signal (for detecting the offset error) is detected in a state where the operation amount has a relative minimum. The operating force is a relative magnitude and is represented by the relative course of the signal of the torque sensor. The minimum is detected by continuous comparison of successive sensor values of the torque sensor and / or by temporally deriving the sensor signal, for example by changing the sign of the first time derivative of the sensor signal. As an offset error, the minimum is assumed, preferably the smallest minimum of a plurality of relative minima. This detection is preferably combined with other quantities indicative of a zero torque load, such as a vertical pedal angle or an angular velocity of the pedal drive associated with an open freewheel (ie, an angular velocity of the pedal drive less than an angular velocity of the running or driving wheel, one of the angular velocities being transmitted by means of the translation to the same reference point as the other angular velocity).

Die Pedaldrehzahl wird mittels eines Winkelgebers (d. h. durch zeitliche Ableitung des Signal des Winkelgebers) oder mittels eines Drehzahlsensors am Pedalantrieb erfasst. Das Übersetzungsverhältnis wird vorgesehen von einem Stellantrieb des Schaltgetriebes, über das die Pedalbewegung an den Abtrieb (d. h. das Laufrad/Hinterrad) des Fahrrads übertragen wird, oder von einer Steuerung, die den Stellantrieb ansteuert, oder von einem Schaltgetriebesensor, der den eingestellten Gang erfasst.The pedal speed is detected by means of an angle sensor (that is, by time derivative of the signal of the angle sensor) or by means of a speed sensor on the pedal drive. The gear ratio is provided by an actuator of the gearbox, through which the pedal movement is transmitted to the output (i.e., the wheel / rear wheel) of the bicycle, or by a controller that controls the actuator, or by a gearbox sensor that detects the set gear.

Vorzugsweise wird hierbei das Drehmomentsignal in einem Zustand erfasst, in dem die Pedalstellung im Wesentlichen vertikal ist, d. h. sich im Totwinkel des Pedalantriebs befindet (s. o.). In dem Zustand, in dem das Drehmomentsignal (d. h. der Offsetfehler) erfasst wird, ist die Pedaldrehzahl kleiner als der Quotient einer erfassten Laufradwinkelgeschwindigkeit und einem eingestellten Pedalantrieb/Abtrieb-Übersetzungsverhältnis. Dieses entspricht dem eingestellten Gang, siehe oben. Die Pedaldrehzahl kann auch kleiner gleich dem Quotient der erfassten Laufradwinkelgeschwindigkeit und dem eingestellten Pedalantrieb/Abtrieb-Übersetzungsverhältnis sein, um einen Zustand vorzusehen, in dem der Offsetfehler erfasst wird. Bei Gleichheit befindet sich der Freilauf im Übergang zwischen offenem und geschlossenem Zustand, wobei jedoch (wegen der gleichen Drehgeschwindigkeit) kein Drehmoment übertragen wird.Preferably, in this case, the torque signal is detected in a state in which the pedal position is substantially vertical, d. H. is in the blind spot of the pedal drive (see above). In the state in which the torque signal (i.e., the offset error) is detected, the pedal speed is smaller than the quotient of a detected wheel angular velocity and a set pedal drive / output gear ratio. This corresponds to the set gear, see above. The pedal speed may also be less than or equal to the quotient of the detected wheel angular velocity and the adjusted pedal drive / output ratio to provide a state in which the offset error is detected. When equality is the freewheel in the transition between open and closed state, but (because of the same rotational speed) no torque is transmitted.

Der Freilauf des Pedalantriebs ist mangels stärkerer Bewegung am Lauf- oder Antriebsrad als an dem Pedalantrieb in offenem Zustand. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Drehmomentsignal erfasst wird, wenn die Pedaldrehzahl unter dem vorgegebenen Kraftübertragungs-Schwellwert liegt, und der Kraftübertragungs-Schwellwert den Quotienten aus Laufradwinkelgeschwindigkeit und den eingestellten Pedalantrieb/Abtrieb-Übersetzungsverhältnis wiedergibt. Der Kraftübertragungs-Schwellwert gibt somit die Winkelgeschwindigkeit wieder, mit der der Pedalantrieb mindestens betätigt werden müsste, um ein Drehmoment von dem Pedalantrieb auf das Laufrad zu übertragen, d. h. um den Freilauf zu schließen. Beim Vergleich der Winkelgeschwindigkeiten ist zu berücksichtigen, dass sich die Winkelgeschwindigkeit gemäß Übersetzung des Schaltgetriebes ändert und derart geändert an den Freilauf bzw. an das Laufrad bzw. Antriebsrad abgegeben wird. Es werden daher Winkelgeschwindigkeiten verglichen, von denen eine mit dem das Übersetzungsverhältnis bzw. mit dessen Kehrwert multipliziert ist, abhängig vom Bezugspunkt (Pedalantrieb oder Antriebsrad) des Vergleichs.The freewheel of the pedal drive is lack of strong movement on the running or drive wheel as the pedal drive in the open state. Another possibility is that the torque signal is detected when the pedal speed is below the predetermined power transmission threshold and the power transmission threshold represents the quotient of rotor angular velocity and the adjusted pedal drive / output ratio. The power transmission threshold thus reflects the angular velocity with which the pedal drive would have to be actuated at least in order to transmit a torque from the pedal drive to the wheel, ie to close the freewheel. When comparing the angular velocities, it should be taken into account that the angular velocity changes according to the ratio of the gearbox and is changed in such a way to the freewheel or to the impeller or drive wheel. Therefore, angular velocities are compared, of which one with which the gear ratio or with its reciprocal is multiplied, depending on the reference point (pedal drive or drive wheel) of the comparison.

Als bevorzugte Ausführungsform wird das Drehmomentsignal erfasst, wenn eine negative Pedaldrehrichtung erfasst wird. Diese Ausführungsform wird insbesondere bei Fahrrädern bzw. Elektrofahrrädern ohne Rücktritt (z. B. mit Kettenschaltgetriebe) verwendet. Ferner kann diese Ausführungsform mit Fahrrädern verwendet werden, die eine Rücktrittbremse aufweisen, soweit gegeben ist, dass das Drehmomentsignal nicht dann erfasst wird, wenn die Rücktrittbremse ein Bremsdrehmoment ausübt. Alternativ wird das Drehmomentsignal erfasst, wenn eine Pedaldrehzahl von im Wesentlichen null erfasst wird oder wenn sich die Pedalstellung sich im Wesentlichen nicht zeitlich ändert. Eine Rückwärtsbewegung oder eine ausbleibende Bewegung des Pedalantriebs ist mit einem offenen Freilauf verknüpft, so dass ein äußeres Drehmoment von null angenommen werden kann, wobei eine zeitgleiche Signalerfassung des Drehmomentsensors den Offsetfehler generiert.As a preferred embodiment, the torque signal is detected when a negative pedal rotation direction is detected. This embodiment is used in particular for bicycles or electric bicycles without resignation (eg with chain transmission). Further, this embodiment can be used with bicycles having a coaster brake provided that the torque signal is not detected when the coaster brake applies a brake torque. Alternatively, the torque signal is detected when a pedal speed of substantially zero is detected or when the pedal position does not change substantially in time. A backward movement or a lack of movement of the pedal drive is associated with an open freewheel, so that an external torque of zero can be assumed, wherein a simultaneous signal detection of the torque sensor generates the offset error.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere in ein Verfahren zur Drehmomenterfassung integriert, wobei das oben genannte Verfahren zur Kalibrierung bzw. zum Abgleich dient, um Messergebnisse von dem Offsetfehler zu bereinigen. Während des üblichen Betriebs des Drehmomentsensors wird der Offsetfehler erfindungsgemäß erfasst und bei der Messung berücksichtigt. Die Erfindung wird daher ebenso realisiert durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehmoments, das an einem Fahrrad-Pedalantrieb wirkt. Hierbei wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung des Offsetfehlers ausgeführt. Ferner wird mittels des Drehsensors das Drehmoment bestimmt. Der Offsetfehler wird von dem so bestimmten Drehmoment abgezogen. Es ergibt sich (nach Kompensation, d. h. nach Abzug des Offsetfehlers) ein Drehmoment, dessen Offsetfehler gemäß dem erfassten Offsetfehler kompensiert ist. Da üblicherweise bei unbelastetem Pedalantrieb keine Drehmomentwerte ermittelt werden, beeinträchtigt die erfindungsgemäße Erfassung des Offsetfehlers den üblichen Betrieb des Drehmomentsensors nicht.In particular, the method according to the invention is integrated into a method for torque detection, the abovementioned method serving for calibration or adjustment in order to eliminate measurement results from the offset error. During normal operation of the torque sensor, the offset error is inventively detected and taken into account in the measurement. The invention is therefore also realized by a method for determining a torque acting on a bicycle pedal drive. Here, the inventive method for detecting the offset error is performed. Furthermore, the torque is determined by means of the rotary sensor. The offset error is subtracted from the torque thus determined. It results (after compensation, that is to say after deduction of the offset error) a torque whose offset error is compensated in accordance with the detected offset error. Since usually no torque values are determined with an unloaded pedal drive, the detection of the offset error according to the invention does not affect the usual operation of the torque sensor.

Die Erfindung wird ferner vorgesehen von einer Vorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zur Erfassung eines Offsetfehlers eines Drehmomentsensors eines Fahrrad-Pedalantriebs umfasst eine Datenschnittstelle. Die Datenschnittstelle ist zum Empfang eines Signals von einem Winkelgeber, von einem Drehzahlsensor oder von einem Drehrichtungsensor eingerichtet, der sich an dem Pedalantrieb befindet. Die Schnittstelle kann analog oder digital sein.The invention is further provided by a device suitable for carrying out the method. An embodiment of such an apparatus for detecting an offset error of a torque sensor of a bicycle pedal drive comprises a data interface. The data interface is adapted to receive a signal from an angle sensor, from a speed sensor, or from a direction of rotation sensor located on the pedal drive. The interface can be analog or digital.

Die Datenschnittstelle ist ferner zum Empfang eines Signals von dem Drehmomentsensor eingerichtet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Belastungserfassungseinrichtung, die anhand des Signals von dem Winkelgeber, dem Drehzahlsensor und/oder dem Drehrichtungssensor einen Zustand erfassen kann, in dem im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Offseterfassungseinrichtung, die mit der Belastungserfassungseinrichtung zur Erfassung von Triggersignalen verbunden ist. Diese Triggersignale werden von der Belastungserfassungseinrichtung abgegeben werden, wenn im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt; d. h. die Belastungserfassungseinrichtung ist eingerichtet, derartige Triggersignale abzugeben.The data interface is further configured to receive a signal from the torque sensor. The device further comprises a load detection device, which can detect a state in which substantially no torque acts on the torque sensor based on the signal from the angle sensor, the speed sensor and / or the direction of rotation sensor. The apparatus further comprises offset detection means connected to the load detection means for detecting trigger signals. These trigger signals will be output from the load sensing device when substantially no torque acts on the torque sensor; d. H. the load detection device is set up to emit such trigger signals.

Die Belastungserfassungseinrichtung kann ferner mit der Datenschnittstelle verbunden sein, um das Signal von dem Drehmomentsensor zu erfassen, wobei die Belastungserfassungseinrichtung eingerichtet ist, ein relatives Minimum in diesem Signal zu erfassen und bei Erfassung des Minimums das Triggersignal abzugeben. Hierbei wird angenommen, dass das minimale Drehmoment, mit dem der Sensor beaufschlagt wird, null ist, so dass das relative Minimum den belastungsfreien Zustand wiedergibt. Bevorzugt ist die Belastungserfassungseinrichtung eingerichtet, dann ein Triggersignal abzugeben, wenn das kleinste Minimum einer Vielzahl von relativen Minima erfasst wird. Weiterhin kann die Belastungserfassungseinrichtung eingerichtet sein, nur dann ein Triggersignal abzugeben, wenn das Minimum oder das kleinste Minimum erfasst wird und gleichzeitig das Signal des Winkelgebers eine vertikale Stellung der Pedale wiedergibt. In diesem Fall umfasst die Belastungserfassungseinrichtung eine logische UND-Verknüpfung.The load sensing device may further be connected to the data interface to detect the signal from the torque sensor, the load sensing device configured to detect a relative minimum in that signal and to output the trigger signal upon detection of the minimum. Here, it is assumed that the minimum torque applied to the sensor is zero, so that the relative minimum represents the no-load condition. Preferably, the load detection means is arranged to deliver a trigger signal when the smallest minimum of a plurality of relative minima is detected. Furthermore, the load detection device can be set up to emit a trigger signal only if the minimum or the minimum minimum is detected and at the same time the signal of the angle transmitter reproduces a vertical position of the pedals. In this case, the load detection device comprises a logical AND operation.

Die Offseterfassungseinrichtung ist eingerichtet ist, beim Empfang des Triggersignals das Signal von dem Drehmomentsensor als den Offsetfehler zu erfassen. Das Triggersignal gibt den Zustand an, in dem im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt und kann in zahlreichen Signal- oder Befehlsarten realisiert sein.The offset detection means is arranged to detect the signal from the torque sensor as the offset error upon receipt of the trigger signal. The trigger signal indicates the state in which substantially no torque acts on the torque sensor and can be implemented in numerous types of signals or commands.

Bevorzugt umfasst die Belastungserfassungseinrichtung eine Vergleichereinheit (bzw. einen Vergleicher) Die Vergleichereinheit ist eingerichtet, das Signal des Winkelgebers mit Werten zu vergleichen, die eine im Wesentliche vertikale Pedalstellung wiedergeben. Alternativ oder in Kombination hiermit ist die Vergleichereinheit eingerichtet, das Signal des Drehzahlsensors mit im Wesentlichen null oder mit einem Wert zu vergleichen, bei davon ausgegangen werden kann, dass ein Freilauf des Pedalantriebs geöffnet. Weiterhin kann die Vergleichereinheit eingerichtet sein, das Signal des Drehrichtungssensors mit einem Vorzeichen zu vergleichen, das ein Rückwärtstreten bei offenem Freilauf entspricht. Im letzteren. Fall ist die Vergleichereinheit eingerichtet, das betreffende Vorzeichen des Drehrichtungssensors zu erfassen.The load detection device preferably comprises a comparator unit (or a comparator). The comparator unit is set up to compare the signal of the angle transmitter with values that represent a substantially vertical pedal position. Alternatively or in combination with this, the comparator unit is arranged to compare the signal of the speed sensor with substantially zero or with a value at which it can be assumed that a freewheel of the pedal drive is opened. Furthermore, the comparator unit can be set up to compare the signal of the direction of rotation sensor with a sign, which is a Backward stride with open freewheel corresponds. In the latter. Case, the comparator unit is adapted to detect the relevant sign of the direction of rotation sensor.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht ferner einen Speicher vor, der zum abrufbaren Speichern des Offsetfehlers eingerichtet ist. Dadurch kann bei Messungen auf den aktuellen Offsetfehler zugegriffen werden, um diesen in einem Messverfahren zu berücksichtigen. Die Vorrichtung kann ferner einen Speicher vorsehen, in den eine Vielzahl von Drehmomentwerten abrufbar abgelegt werden können. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Minimum-Erfassungseinrichtung, die mit dem Speicher verbunden und eingerichtet ist, den minimalen Drehmomentwert der Vielzahl von Drehmomentwerten zu ermitteln und als Offsetfehler vorzusehen. Diese Variante wird insbesondere mit einer Belastungserfassungseinrichtung kombiniert, die in der Lage ist, anhand von (relativen) Minima einen drehmomentbelastungsfreien Zustand des Pedalantriebs zu erfassen.A particularly preferred embodiment further provides a memory which is arranged for retrievably storing the offset error. As a result, the current offset error can be accessed during measurements in order to take it into account in a measuring method. The apparatus may further provide a memory in which a plurality of torque values may be retrievably stored. The apparatus further comprises minimum detection means connected to the memory and arranged to determine the minimum torque value of the plurality of torque values and to provide as offset errors. This variant is in particular combined with a load detection device which is able to detect a torque load-free state of the pedal drive on the basis of (relative) minima.

Schließlich umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung einer Freilaufgrenze. Diese weist eine Schnittstelle zum Anschluss eines Geschwindigkeitsmessers und einer Einrichtung zur Erfassung eines gewählten Übersetzungsverhältnisses auf. Die Einrichtung ist vorgesehen, aus einem Geschwindigkeitswert des Geschwindigkeitsmessers und dem Übersetzungsverhältnis die Pedalwinkelgeschwindigkeit zu errechnen, die zur Aufrechterhaltung des Geschwindigkeitswerts notwendig wäre, und die eingerichtet ist, die Pedalwinkelgeschwindigkeit als die Freilaufgrenze vorzusehen. Anhand dieser Freilaufgrenze bewertet und erfasst die Belastungserfassungseinrichtung das Signal, das von dem Winkelgeber oder von dem Drehzahlsensor stammt, wenn im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Drehmomentsensor wirkt. Wird die Freilaufgrenze überschritten, so wirkt ein Drehmoment auf den Drehmomentsensor (da der Freilauf geschlossen ist), so dass die Belastungserfassungseinrichtung eingerichtet ist, in diesem Fall kein Signal von dem Drehmomentsensor als den Offset auszugeben.Finally, a device according to the invention comprises a device for determining a freewheeling limit. This has an interface for connecting a speedometer and means for detecting a selected gear ratio. The device is provided to calculate, from a speed value of the speedometer and the gear ratio, the pedal angle speed which would be necessary to maintain the speed value and which is arranged to provide the pedal angular speed as the free-wheeling limit. On the basis of this freewheeling limit, the load detection device evaluates and detects the signal originating from the angle sensor or from the rotational speed sensor when substantially no torque acts on the torque sensor. When the coasting limit is exceeded, a torque acts on the torque sensor (since the coasting is closed), so that the load detecting means is arranged to output no signal from the torque sensor as the offset in this case.

Die Belastungserfassungseinrichtung ist in der Lage, eine überschrittene Freilaufgrenze als einen Zustand mit einem belastetem Drehmomentsensor zu erkennen (und keinen betreffenden Offsetfehler zu erfassen), und ist ferner in der Lage, eine nicht überschrittene Freilaufgrenze als einen Zustand mit im Wesentlichem keinem Belastungsdrehmoment für den Drehmomentsensor zu erfassen, um in diesem Zustand das Signal des Drehmomentsensors als den Offsetfehler zu erfassen.The load detecting means is capable of detecting an exceeded overrun limit as a loaded torque sensor condition (and not detecting a respective offset error), and is further capable of not exceeding an overrunning limit as a substantially zero load torque condition for the torque sensor to detect in this state, the signal of the torque sensor as the offset error.

Ferner wird die Erfindung realisiert mittels einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments, das an einem Fahrrad-Pedalantrieb wirkt, wobei diese Vorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Offsetfehlers umfasst. Die Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments weist ferner eine Kompensationseinrichtung auf, die eingerichtet ist, von dem Signal des Drehmomentsensors den Offsetfehler abzuziehen (mittels eines Subtrahierers) und als Drehmomentsignal vorzusehen. Dadurch bereinigt die Vorrichtung den Offsetfehler in dem Drehmomentsignal.Furthermore, the invention is realized by means of a device for determining a torque acting on a bicycle pedal drive, said device comprising an inventive device for detecting an offset error. The device for determining a torque further comprises a compensation device, which is adapted to subtract from the signal of the torque sensor, the offset error (by means of a subtractor) and to provide as a torque signal. As a result, the device eliminates the offset error in the torque signal.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise zumindest teilweise von Komponenten einer Antriebssteuerung eines Elektrofahrrads implementiert, insbesondere von einem programmierbaren Prozessor und zugehöriger Software. Insbesondere sehen diese Komponenten den Schritt des Ermittelns und des Erfassens vor, wobei diese Komponenten insbesondere die Belastungserfassungeinrichtung und die Offseterfassungseinrichtung und ggf. die Vergleichereinheit sind. Die Speicher können ebenso von einer Speichereinrichtung des Prozessors oder einer dem Prozessor zugeordneten Speichereinrichtung vorgesehen werden. Ferner können diese Komponenten die Vorrichtung zur Bestimmung des Drehmoments realisieren. Bei der Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Antriebssteuerung können die betreffenden Signale wiederverwendet werden, d. h. die Sensorsignale und das Signal, welches den gewählten Gang des Schaltgetriebes wiedergibt. Die Vorrichtung kann ferner die betreffenden Sensoren umfassen, die an die Schnittstelle angeschlossen sind. Die Antriebsteuerung ist mittels der Erfindung in der Lage, die elektrische Leistung des elektrischen Antriebs präzise zu steuern, um eine intuitiv erfassbare Antriebsunterstützung zu ermöglichen. Insbesondere werden bei der Unterstützung des Tritts Betätigungspausen korrekt erfasst, da ein etwaiger Offset, der eine Betätigung trotz mangelnder Pedalunterstützung nahelegt, erfindungsgemäß unterdrückt werden kann.The device according to the invention and the method according to the invention are preferably at least partially implemented by components of a drive control of an electric bicycle, in particular by a programmable processor and associated software. In particular, these components provide the step of determining and detecting, wherein these components are in particular the load detection device and the offset detection device and possibly the comparator unit. The memories may also be provided by a memory device of the processor or a memory device associated with the processor. Furthermore, these components can realize the device for determining the torque. In the integration of the device according to the invention in a drive control, the relevant signals can be reused, d. H. the sensor signals and the signal representing the selected gear of the gearbox. The device may further comprise the respective sensors connected to the interface. The drive control by means of the invention is able to precisely control the electric power of the electric drive in order to enable an intuitively detectable drive assistance. In particular, in the support of the footstep actuation pauses are correctly detected, since any offset that suggests an operation despite lack of pedal support, can be suppressed according to the invention.

Die Erfindung eignet sich für Fahrzeuge mit Hybridantrieb, bei denen ein elektrischer Antrieb einen Pedalantrieb unterstützt, insbesondere Zweiräder wie Elektrofahrräder.The invention is suitable for vehicles with hybrid drive, in which an electric drive supports a pedal drive, especially two-wheeled vehicles such as electric bicycles.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient und die in einer beispielhaften. Anwendung eingesetzt ist.The 1 shows an embodiment of the device according to the invention, which serves to explain the method according to the invention and in an exemplary. Application is used.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Pedalantrieb 10 treibt über eine Kette 12 ein Hinterradritzel 14 einer Kettenschaltung (nicht dargestellt) an, das über einen Freilauf mit einem Hinterrad 16 eines Elektrofahrrads verbunden ist. Die Kettenschaltung wird über einen Aktor 18 betätigt, der den gewählten Gang einstellt. Der Aktor kann ein elektromechanischer Aktor sein oder von einem Gangschaltungsbetätigungselement vorgesehen sein, das ein Benutzer betätigt.In 1 schematically an embodiment of the device according to the invention is shown. A pedal drive 10 drives over a chain 12 a rear sprocket 14 a derailleur (not shown), which via a freewheel with a rear wheel 16 an electric bicycle is connected. The derailleur is powered by an actuator 18 operated, which sets the selected gear. The actuator may be an electromechanical actuator or may be provided by a gearshift actuating element that actuates a user.

Der Pedalantrieb 10 umfasst eine Pedalkurbel 20 mit Pedalen 22. Die Pedalkurbel ist mit einer Pedalkurbelwelle 24 verbunden. Ein symbolhaft dargestellter Drehmomentsensor 26 erfasst das Drehmoment (Drehachse entlang der Welle 24), das von der Pedalkurbelwelle 24 an ein Antriebszahnrad 28 des Pedalantriebs 10 übertragen wird. Das Antriebszahnrad 28 ist in Eingriff mit der Kette 12, die von diesem angetrieben wird. Der Drehmomentsensor 26 ist zwischen Pedalkurbel 20 und Antriebszahnrad 28 angeordnet und kann als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein.The pedal drive 10 includes a pedal crank 20 with pedals 22 , The pedal crank is equipped with a pedal crankshaft 24 connected. A symbolically represented torque sensor 26 detects the torque (axis of rotation along the shaft 24 ), that of the pedal crankshaft 24 to a drive gear 28 of the pedal drive 10 is transmitted. The drive gear 28 is engaged with the chain 12 which is powered by this. The torque sensor 26 is between pedal crank 20 and drive gear 28 arranged and can be designed as a strain gauge.

An der Pedalkurbel 20 ist ein Winkelsensor 30 angeordnet, der den Absolutwinkel, d. h. die Stellung der Pedalkurbel 20, erfasst. In alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) ist der Sensor 30 als Drehzahlsensor (zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Pedalkurbel 20) ausgestaltet.At the pedal crank 20 is an angle sensor 30 arranged, the absolute angle, ie the position of the pedal crank 20 , detected. In alternative embodiments (not shown), the sensor is 30 as a speed sensor (for detecting the angular speed of the pedal crank 20 ) designed.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 40 umfasst eine Schnittstelle 42, die Anschlusspunkte für den Aktor 18, den Drehmomentsensor 26 und den Winkelsensor 30 aufweist. Vom Aktor 18 kann daher ein Signal an die Vorrichtung übertragen werden, das den eingestellten Gang wiedergibt, wobei dieses Signal auch von einer Schaltgetriebesteuerung stammen kann, die den Aktor 18 ansteuert. Ferner kann an Stelle des Aktors 18 ein Sensor zur Erfassung des eingestellten Gangs vorgesehen sein. Daher ist die Verbindung zwischen Aktor 18 und der Vorrichtung 40 symbolisch. Es sind auch andere Formen der Gangerkennung denkbar. Die Gangerkennung kann auch gänzlich entfallen, wie oben erwähnt.An inventive device 40 includes an interface 42 , the connection points for the actuator 18 , the torque sensor 26 and the angle sensor 30 having. From the actor 18 Therefore, a signal can be transmitted to the device, which reproduces the set gear, and this signal can also originate from a gearbox control, which controls the actuator 18 controls. Furthermore, instead of the actuator 18 a sensor may be provided for detecting the set gear. Therefore, the connection between actuator 18 and the device 40 symbolic. Other forms of gait recognition are also conceivable. The gear recognition can also be omitted entirely, as mentioned above.

Die Vorrichtung 40 umfasst eine Belastungserfassungsvorrichtung 44, die einen belastungsfreien Zustand erfasst, indem das Signal des Winkelgebers 30 betrachtet wird und die Zeitpunkte erfasst werden, an dem der Winkelgeber eine vertikale Stellung der Pedalkurbel 20 erfasst, wie es in 1 dargestellt ist. Diese Stellung wird als ein Zustand angenommen, an dem kein Drehmoment von der Kurbel 20 übertragen wird. Die Erfassung dieses Zustands wird über eine Leitung an eine Offseterfassungseinrichtung 46 übermittelt (beispielsweise in Form eines Triggersignals), woraufhin die Offseterfassungseinrichtung 46 das Signal des Drehmomentsensors 26 als Offsetfehler erfasst. Um den Zustand zu verifizieren, kann die Belastungserfassungsvorrichtung 44 eingerichtet sein, auch die Winkelgeschwindigkeit aus dem Signal des Winkelgebers 30 zu erfassen. Liegt dieses unter einem vorgegebenen Schwellwert, während der Winkelgeber 30 eine vertikale Ausrichtung der Kurbel 20 angibt, so wird von einem belastungsfreien Zustand ausgegangen.The device 40 includes a load detection device 44 , which detects a load-free condition by the signal of the angle sensor 30 is considered and the times are detected at which the angle encoder a vertical position of the pedal crank 20 recorded as it is in 1 is shown. This position is assumed as a state where no torque from the crank 20 is transmitted. The detection of this condition is via a line to an offset detection device 46 transmitted (for example in the form of a trigger signal), whereupon the offset detection device 46 the signal of the torque sensor 26 detected as offset error. To verify the condition, the load sensing device may 44 be set up, also the angular velocity from the signal of the angle encoder 30 capture. If this is below a predetermined threshold, while the angle encoder 30 a vertical orientation of the crank 20 indicates, it is assumed that a load-free state.

In einer alternativen Ausführungsform erhält der Belastungserfassungsvorrichtung 44 ferner das Signal des Drehmomentsensors 26 (über eine nicht dargestellte Leitung), und ist in der Lage, die relativen Minima des Signals des Drehmomentsensors 26 zu erfassen. Die Belastungserfassungsvorrichtung 44 erfasst die Zeitpunkte, an denen ein Minimum auftritt, und gibt an die Offseterfassungseinrichtung 46 ein Signal zur Erfassung des Offsetfehlers ab. Die Belastungserfassungsvorrichtung 44 kann einen Speicher aufweisen bzw. mit einem Speicher der Vorrichtung 40 verbunden sein, in dem eine Vielzahl von relativen Minima abgelegt wird und das Signal des Drehmomentsensors als Offset erfasst wird, das während dem kleinsten Minimum der Minima auftritt.In an alternative embodiment, the load detection device receives 44 Furthermore, the signal of the torque sensor 26 (via a line, not shown), and is capable of the relative minima of the signal of the torque sensor 26 capture. The load detection device 44 detects the times when a minimum occurs, and gives to the offset detection means 46 a signal for detecting the offset error. The load detection device 44 may comprise a memory or with a memory of the device 40 be connected, in which a plurality of relative minima is stored and the signal of the torque sensor is detected as an offset that occurs during the smallest minimum of the minima.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass anstatt Sensor 30 ein Drehrichtungssensor vorgesehen ist. Erfasst dieser eine Rückwärtsdrehung der Pedale (d. h. eine negative Drehzahl), so wird ein entsprechendes Signal an die Vorrichtung 40 abgegeben und der Offsetfehler wird erfasst. Der Drehrichtungssensor kann als Drehzahlsensor vorgesehen sein, dessen Vorzeichen die Drehrichtung angibt.Another embodiment provides that instead of sensor 30 a direction of rotation sensor is provided. If this detects a reverse rotation of the pedals (ie a negative speed), then a corresponding signal is sent to the device 40 delivered and the offset error is detected. The direction of rotation sensor may be provided as a speed sensor whose sign indicates the direction of rotation.

Weiterhin kann ein Geschwindigkeitssensor 50 (d. h. ein Sensor zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit des Hinterrads 16) vorgesehen sein, der über die Schnittstelle 42 mit der Vorrichtung 40 verbunden ist. Die Belastungserfassungsvorrichtung 44 ist eingerichtet, die Winkelgeschwindigkeit des Hinterrads 16 und das Übersetzungsverhältnis, das von dem Sensor 18 vorgesehen wird, zu kombinieren, und mit der Pedalkurbelwinkelgeschwindigkeit (geliefert von Sensor 30) zu vergleichen. Aus diesem Vergleich wird geschlossen, ob der Freilauf offen oder geschlossen ist. Ist der Freilauf am Hinterrad 16 offen, wird von einem belastungsfreien Zustand ausgegangen und ein Triggersignal wird von der Belastungserfassungsvorrichtung 44 an die Offseterfassungseinrichtung 46 abgegeben, so dass diese den Offsetfehler bestimmt. Die Sensoren 18 und 50 werden vorzugsweise nur dann vorgesehen, wenn der belastungsfreie Zustand ferner mittels eines Winkelsensors 30 oder mittels eines relativen Minimums des Drehzahlsensors 26 erfasst wird. Wenn der belastungsfreie Zustand erfasst wird durch Ermittlung der Drehrichtung (anhand eines vorzeichenbehafteten Drehzahlsensors an der Stelle des Sensors 30), dann ist keine weitere Ermittlung notwendig, ob der Freilauf offen ist, da bereits eine negative Drehzahl notwendigerweise auf einen offenen Freilauf hinweist. Insbesondere ist dann kein Vergleich der Drehzahl des Pedalantriebs mit der Drehzahl des Hinterrads notwendig.Furthermore, a speed sensor 50 (ie, a sensor for detecting the angular velocity of the rear wheel 16 ) provided via the interface 42 with the device 40 connected is. The load detection device 44 is set, the angular velocity of the rear wheel 16 and the gear ratio of the sensor 18 is intended to combine and with the pedal crank angular velocity (supplied by sensor 30 ) to compare. From this comparison it is concluded whether the freewheel is open or closed. Is the freewheel on the rear wheel 16 open, it is assumed that a load-free state and a trigger signal is from the load detection device 44 to the offset detection device 46 so that it determines the offset error. The sensors 18 and 50 are preferably provided only when the load-free state also by means of an angle sensor 30 or by means of a relative minimum of the speed sensor 26 is detected. When the no-load condition is detected by determining the direction of rotation (using a signed speed sensor at the location of the sensor 30 ) then no further determination is necessary as to whether the freewheel is open, since already a negative speed necessarily indicates an open freewheel. In particular, then no comparison of the speed of the pedal drive with the speed of the rear wheel is necessary.

Die Winkelgeschwindigkeit (oder Drehzahl) n_R des Hinterrads ist bei geschlossenem Freilauf gleich dem Übersetzungsverhältnis V (abhängig vom gewählten Gang und ermittelbar durch Aktor 18) multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit n_P der Pedalkurbel. Das gleiche Verhältnis gilt für die jeweiligen Drehzahlen. Ferner kann von der Fahrgeschwindigkeit über den Hinterradumfang unmittelbar auf die Drehzahl bzw. auf die Winkelgeschwindigkeit des Hinterrads geschlossen werden. Ist somit n_R größer als V·n_P, so ist der Freilauf geöffnet und der Drehmomentsensor 26 ist belastungsfrei. Gleiches gilt, wenn n_P kleiner als n_R/V ist. Anstatt die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Hinterrads mittels Sensors 50 zu erfassen, kann die Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden (mittels eines Sensors, der mit einem Rad des Fahrrads verbunden ist, oder mittels eines Fahrgeschwindigkeitsmessgeräts wie ein GPS-Empfänger), und die Drehzahl oder die Winkelgeschwindigkeit des Hinterrads kann über den Raddurchmesser bestimmt werden.The angular speed (or speed) n_R of the rear wheel is equal to the gear ratio V (depending on the selected gear and can be determined by the actuator when the freewheel is closed 18 ) multiplied by the angular speed n_P of the pedal crank. The same ratio applies to the respective speeds. Furthermore, it is possible to deduce the speed or the angular speed of the rear wheel directly from the driving speed via the rear wheel circumference. Thus, if n_R is greater than V · n_P, then the freewheel is open and the torque sensor 26 is load-free. The same applies if n_P is smaller than n_R / V. Instead of the angular speed or the speed of the rear wheel by means of a sensor 50 To detect the driving speed can be determined (by means of a sensor which is connected to a wheel of the bicycle, or by means of a vehicle speed measuring device such as a GPS receiver), and the rotational speed or the angular velocity of the rear wheel can be determined by the wheel diameter.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Ausgang 48 (beispielsweise als Teil der Schnittstelle 42), an dem der erfasste Offsetfehler ausgegeben wird.The device according to the invention comprises an output 48 (for example, as part of the interface 42 ) at which the detected offset error is output.

Die Möglichkeiten zur Erfassung eines Zustands, in dem auf den Drehzahlsensor 26 im Wesentlichen keine Belastung wirkt, sind miteinander beliebig kombinierbar und können beispielsweise über eine UND-Verknüpfung miteinander kombiniert werden. Die oben beschriebenen Möglichkeiten zur Erfassung des belastungsfreien Zustands können ferner einzeln und alternativ zueinander verwendet werden.The possibilities for detecting a condition in which the speed sensor 26 Essentially no load acts, can be combined with each other and can be combined with each other, for example via an AND operation. The above-described possibilities for detecting the load-free state can furthermore be used individually and alternatively to each other.

Die in 1 dargestellte Anwendungsumgebung umfasst ferner eine Antriebsteuerung 60 (gestrichelt dargestellt), die von der oben beschriebenen Vorrichtung zur Erfassung des Offsetfehlers diesen über eine Leitung 62 (gestrichelt dargestellt) empfängt und die mit dem Ausgang 48 verbunden ist. Die Antriebsteuerung 60 umfasst eine Kompensationseinrichtung 64 (gestrichelt dargestellt), die den Offsetfehler über die Leitung 62 sowie das Drehmomentsensorsignal über die Leitung 66 (gestrichelt dargestellt) von dem Drehmomentsensor 26 empfängt. Die Kompensationseinrichtung 64 ist eingerichtet, von dem Drehmomentsensorsignal den Offsetfehler abzuziehen. Das so fehlerkompensierte Signal wird an eine Ausgangssteuerung 68 (gestrichelt dargestellt) abgegeben, die Leistung von einem Akkumulator 70 (gestrichelt dargestellt), der mit der Antriebsteuerung 60 verbunden ist, gesteuert und gemäß dem erfassten (berichtigten) Drehmoment an einen elektrischen Antrieb 72 weitergibt, der schematisch dargestellt ist, und der auf den Antrieb des Elektrofahrrads wirkt, vgl. den von der Elektromotor ausgehenden Pfeil. Die Antriebsteuerung 60 kann ferner mit dem Aktor 18 verbunden sein, um so einen Gang einzustellen. Die Antriebsteuerung 60 kann ferner einen Eingang zur Eingabe des gewünschten Betriebsmodus aufweisen (nicht dargestellt).In the 1 illustrated application environment further includes a drive control 60 (shown in dashed lines), that of the above-described device for detecting the offset error this via a line 62 (shown in dashed lines) and that with the output 48 connected is. The drive control 60 includes a compensation device 64 (dashed line) showing the offset error over the line 62 and the torque sensor signal over the line 66 (shown in phantom) from the torque sensor 26 receives. The compensation device 64 is arranged to subtract the offset error from the torque sensor signal. The thus error-compensated signal is sent to an output controller 68 (shown in dashed lines), the power of an accumulator 70 (shown in dashed lines), with the drive control 60 is connected, controlled and according to the detected (corrected) torque to an electric drive 72 weitergibt, which is shown schematically, and which acts on the drive of the electric bicycle, see. the outgoing from the electric motor arrow. The drive control 60 can also be with the actuator 18 connected to set such a gear. The drive control 60 may further comprise an input for inputting the desired operating mode (not shown).

Antriebsteuerung 60 und die Vorrichtung zur Erfassung des Offsetfehlers 40 sind hier nur symbolhaft und funktionell dargestellt; bei einer Umsetzung sind beide Komponenten miteinander in einer gemeinsamen Schaltung integriert.drive control 60 and the offset error detecting device 40 are shown here only symbolically and functionally; In one implementation, both components are integrated with each other in a common circuit.

Die Verbindungen zwischen den Sensoren 26, 30 und 18 und der Vorrichtung zur Erfassung des Offsetfehlers 40 sind mit einem Pfeil dargestellt, der die Richtung des Informationsflusses darstellt, wie er bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftritt.The connections between the sensors 26 . 30 and 18 and the device for detecting the offset error 40 are shown with an arrow representing the direction of information flow, as occurs in the implementation of the method according to the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4227586 A1 [0002]
DE 60032819 T2 [0003]

Claims

Method for detecting an offset error of a torque sensor ( 26 ) of a bicycle pedal drive, comprising the steps of: determining a state in which substantially no torque is applied to the torque sensor ( 26 ) acts by detecting at least one pedal operation value representing the pedal position, the pedal speed, the pedal rotation direction or the relative operation amount of the pedal drive, and detecting a torque signal of the torque sensor ( 26 During this condition, the signal value of the torque signal represents the offset error.

The method of claim 1, wherein the torque signal is detected in a state in which the pedal position corresponds to a substantially vertical position of the bicycle pedal drive, wherein the pedal position by means of an angle sensor ( 30 ) is detected on the pedal drive, or the torque signal is detected in a state in which the pedal speed is below a predetermined power transmission threshold, which indicates a decoupling state of a freewheel of the bicycle pedal drive, wherein the pedal speed by means of an angle sensor ( 30 ) or by means of a speed sensor on the pedal drive is detected, or the torque signal is detected in a state in which the operating force has a relative minimum, wherein the operating force by the relative course of the signal of the torque sensor ( 26 ) is detected.

The method of claim 2, wherein the torque signal is detected in a state in which the pedal position is substantially vertical and further, the pedal speed is less than or equal to the ratio of a detected wheel angular velocity and a set pedal drive / output gear ratio, whereby a freewheel of the pedal drive is in the open state, or wherein the torque signal is detected when the pedal speed is below the predetermined power transmission threshold, and the power transmission threshold represents the quotient of the wheel angular velocity and the adjusted pedal drive / output ratio.

Method according to one of the preceding claims, wherein the torque signal is detected when a negative pedal rotation direction is detected, or when a pedal speed of substantially zero is detected or when the pedal position does not change substantially.

Method for determining a torque which acts on a bicycle pedal drive, the method being carried out according to one of the preceding claims and by means of the torque sensor ( 26 ) the torque is determined, wherein the offset error is subtracted from the determined torque to obtain a torque whose offset error is compensated according to the detected offset error.

Device for detecting an offset error of a torque sensor ( 26 ) of a bicycle pedal drive, the device having a data interface ( 42 ) for receiving a signal from an angle sensor ( 30 ), a speed sensor, or a rotational direction sensor located on the pedal drive, the data interface being further adapted to receive a signal from the torque sensor (10). 26 ), the device further comprising a load detection device ( 44 ), which can detect a state in which substantially no torque acts on the torque sensor based on the signal from the angle sensor, the rotational speed sensor or the direction of rotation sensor, wherein the device further comprises an offset detection device ( 46 ) associated with the load detection device ( 44 ) is connected to detect trigger signals that are output by the load detecting device when substantially no torque acts on the torque sensor, wherein the offset detection device ( 46 ) is arranged, upon receipt of the trigger signal, the signal from the torque sensor ( 26 ) as the offset error.

Device according to claim 6, wherein the load detection device ( 44 ) comprises a comparator unit which is set up, the signal of the angle sensor ( 30 ) with values representing a substantially vertical pedal position, comparing the signal of the speed sensor with substantially zero or with a value at which it can be assumed that a freewheel, in particular the pedal drive, is open, or the signal of To compare direction of rotation sensor with a sign that corresponds to a backward step with open freewheel.

The apparatus of claim 6 or 7, further comprising a memory adapted to retrievably store the offset error, or wherein the apparatus comprises a memory into which a plurality of torque values may be retrievably stored, and a minimum detection means associated with the memory Memory is connected and is adapted to determine the minimum torque value of the plurality of torque values and to provide as offset errors.

Apparatus according to claim 6, 7 or 8, further comprising means for determining a free-wheeling limit, comprising an interface for connecting a speedometer and means for detecting a selected one Gear ratio is provided, wherein the means is provided to calculate from a speed value of the speedometer and the gear ratio, the pedal angle speed necessary to maintain the speed value, and provide the pedal angle speed as the free-wheeling limit, based on the load detection device ( 44 ) can evaluate and detect the signal from the angle transmitter or from the speed sensor when substantially no torque acts on the torque sensor.

Contraption ( 60 ) for determining a torque acting on a bicycle pedal drive, comprising the device according to any one of claims 6-9 and further comprising a compensation device ( 64 ) configured to subtract the offset error from the signal of the torque sensor and provide it as a torque signal.