DE102011083072A1 - Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads und entsprechende Steuervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads und entsprechende Steuervorrichtung Download PDF

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads 1 vorgeschlagen, das dem Benutzer das Anhalten, Halten und Anfahren am Hang 2 in ansteigender Richtung erleichtern soll. Die erfindungsgemäße Anti-Rollback Funktion wird automatisch dann aktiviert, wenn das Fahrrad am Hang steht oder ein gefällebedingtes Rückwärtsrollen des Fahrrads 1 detektiert wird. In diesem Fall wird der Elektromotor dann so angesteuert und geregelt, dass die Hangabtriebskraft FH durch die Antriebskraft des Elektromotors FAntrieb weitestgehend kompensiert wird, so dass das Elektrofahrrad 1 zum Stillstand kommt, die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads v also gleich Null ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads, das dem Benutzer das Handling seines Elektrofahrrads insbesondere in bergigem Gelände erleichtern soll, sowie eine entsprechende Steuervorrichtung.
  • Elektrofahrräder sind aufgrund des Motors und des Akkus in der Regel schwerer als vergleichbare Standardfahrräder. Dementsprechend erfordern Elektrofahrräder eine erhöhte Antriebskraft, was sich insbesondere beim Anfahren am Hang bemerkbar macht. Elektrofahrräder erfordern aber auch eine größere Brems- und Haltekraft, um das Fahrrad beim Stehen am Hang zu halten. Ein unkontrolliertes Rückwärtsrollen stellt eine Gefährdung der Verkehrsteilnehmer dar und ist deshalb unbedingt zu vermeiden. Dabei gerät das Fahrrad sehr schnell in eine instabile Lage, beispielsweise durch Verdrehen des Lenkers, die – aufgrund des relativ hohen Eigengewichts des Elektrofahrrads – nur mit einem vergleichsweise hohen Kraftaufwand korrigiert werden kann. Beim Umfallen können neben anderen kostenintensiven Komponenten auch die empfindlichen Antriebskomponenten des Elektrofahrrads beschädigt werden. Außerdem erfordert das Wiederaufstellen eines Elektrofahrrads ebenfalls einen vergleichsweise hohen Kraftaufwand.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads vorgeschlagen, das dem Benutzer das Anhalten, Halten und Anfahren am Hang in ansteigender Richtung erleichtern soll.
  • Dazu wird erfindungsgemäß zunächst detektiert, ob das Fahrrad am Hang steht oder gefällebedingt rückwärts rollt. Wenn dies der Fall ist, wird eine sogenannte Anti-Rollback Funktion aktiviert, bei der der Elektromotor des Fahrrads so angesteuert und geregelt wird, dass die Hangabtriebskraft FH durch die Antriebskraft des Elektromotors FAntrieb weitestgehend kompensiert wird, so dass das Fahrrad steht, d. h. so dass die Geschwindigkeit des Fahrrads v = 0.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Steuerung des Elektromotors eines Fahrrads mit einer Anti-Rollback Funktion auszustatten, die automatisch aktiviert und an die spezifische Situation, insbesondere die aktuelle Steigung und das Gesamtgewicht des Fahrrads mit Fahrer und Gepäck, angepasst wird. Diese Anti-Rollback Funktion verhindert nicht nur ein Rückwärtsrollen des Fahrrads, indem die Hangabtriebskraft durch geregeltes Ansteuern des Elektromotors kompensiert wird. Sie führt auch zu einer deutlichen Entlastung des Fahrers beim Anfahren am Berg, da das Fahrrad nach dem Lösen der Bremse – wenn überhaupt – nur leicht zurückrollen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf Sensorinformationen, die in der Regel bereits zur Verfügung stehen, da Elektrofahrräder funktionsbedingt mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet sind.
  • So können beispielsweise ein hochauflösender Geschwindigkeitssensor, der zwischen Vorwärts- und Rückwärtsrollen unterscheiden kann, oder ein Sensor, der die Pedalumdrehung misst, und auch ein Motordrehzahlsensor Informationen über ein etwaiges Rückwärtsrollen des Elektrofahrrads liefern.
  • Grundsätzlich kann der Elektromotor des Fahrrads bei der erfindungsgemäßen Aktivierung der Anti-Rollback Funktion mit irgendeinem Anfangsdrehmoment angesteuert werden, um dieses Anfangsdrehmoment dann im anschließenden Regelprozess so nachzuregeln, dass das Fahrrad zum Stillstand kommt, also v = 0. Der Regelprozess kann jedoch deutlich verkürzt werden, wenn der Elektromotor bei Aktivierung der Anti-Rollback Funktion mit einem Anfangsdrehmoment MAnfang angesteuert wird, das auf der Basis des aktuellen Übersetzungsverhältnisses i, der aktuellen Geländesteigung α und eines Werts m für die Gesamtmasse des Fahrrads mit Fahrer und Gepäck bestimmt wird. Ausgehend von der Annahme, dass die Antriebskraft FAntrieb genauso groß sein soll wie die Hangabtriebskraft FH, ergibt sich für MAnfang der funktionale Zusammenhang m·g·sin(α) = 2π·MAnfang/i·u wobei g die Gravitationsbeschleunigung und u der Radumfang ist. Auch bei der Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang können vorteilhafterweise Sensorinformationen genutzt werden, die ohnehin zur Verfügung stehen.
  • So wird in einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Sensorinformationen zunächst ein erster Schätzwert für die Gesamtmasse m ermittelt, und zwar während der Fahrt bergauf. Dieser Schätzung liegt die Annahme zugrunde, dass bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ein Kräftegleichgewicht vorliegt und sich die Gesamtmasse m aus dem funktionalen Zusammenhang m·g·sin(α) = 2π·M/i·u ergibt. Deshalb wird beispielsweise mit Hilfe eines Beschleunigungssensors die aktuelle Geländesteigung α erfasst. Außerdem wird mit Hilfe eines Geschwindigkeitssensors die Geschwindigkeit v erfasst. Der durchschnittliche Kraftaufwand von Fahrer und Elektromotor bei gleichbleibender Geschwindigkeit v bzw. das entsprechende Drehmoment M kann mit Hilfe eines Drehmomentsensors ermittelt werden. Aus den Informationen des Geschwindigkeitssensors und eines Fahrerdrehzahl-/Motordrehzahlsensors wird schließlich noch das aktuelle Übersetzungsverhältnis i ermittelt.
  • Auf der Basis des so ermittelten ersten Schätzwerts der Gesamtmasse m wird dann ein Anfangsdrehmoment MAnfang bestimmt, mit dem der Elektromotor angesteuert wird, um das Elektrofahrrad nach dem Anhalten am Hang im Stillstand zu halten.
  • Wie bereits erwähnt, wird das Anfangsdrehmoments MAnfang des Elektromotors dann erfindungsgemäß auf ein Drehmoment Mtatsächlich geregelt, bei dem das Fahrrad tatsächlich steht, d. h. die Geschwindigkeit des Fahrrads v = 0. Der erste Schätzwert der Gesamtmasse m kann dann auf der Basis des nachgeregelten Drehmoments Mtatsächlich modifiziert werden, um einen besseren Schätzwert für die Gesamtmasse m zu ermitteln. Vorteilhafterweise wird dieser verbesserte Schätzwert für die Gesamtmasse m der nachfolgenden Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors zugrunde gelegt, insbesondere der Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang. Der verbesserte Schätzwert der Gesamtmasse m kann aber auch ansonsten bei der Ansteuerung des Elektromotors berücksichtigt werden, beispielsweise bei der Unterstützung des Fahrers beim Bergauffahren aber auch beim Bremsen.
  • Bei einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gewicht des Fahrers und etwaigen Gepäcks abgefragt, um einen Wert für die Gesamtmasse m zu ermitteln. Dazu muss die Steuerung des Elektromotors über ein HMI (human machine interface) mit Dateneingabemöglichkeiten verfügen. Bei dieser Variante kann auf einen Sensor zum Erfassen der Geländesteigung α verzichtet werden, da anhand von Sensorinformationen, die während der Fahrt erfasst werden, ein Schätzwert für die Steigung α ermittelt wird. Auch dieser Schätzung liegt die Annahme zugrunde, dass bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ein Kräftegleichgewicht vorliegt und sich die Steigung α aus dem funktionalen Zusammenhang m·g·sin(α) = 2π·M/i·u ergibt. Auf der Basis des so ermittelten ersten Schätzwerts für die Steigung α und dem vorgegebenen Wert der Gesamtmasse m wird dann ein Anfangsdrehmoment MAnfang bestimmt, mit dem der Elektromotor angesteuert wird, um das Elektrofahrrad nach dem Anhalten am Hang im Stillstand zu halten. Dieses Anfangsdrehmoments MAnfang des Elektromotors wird dann solange nachgeregelt, bis das Fahrrad tatsächlich steht, d. h. die Geschwindigkeit des Fahrrads v = 0.
  • Vorteilhafterweise wird der erste Schätzwert für die Steigung α auf der Basis des nachgeregelten Drehmoments Mtatsächlich modifiziert, um einen verbesserten Schätzwert für die Steigung α zu erhalten. Dieser verbesserte Schätzwert für die Steigung α kann dann beispielsweise der nachfolgenden Ansteuerung des Elektromotors zur Unterstützung beim Anfahren am Berg und/oder beim Bergauffahren zugrunde gelegt werden.
  • Eine andere Möglichkeit zur Nutzung des verbesserten Schätzwerts für die Steigung α besteht darin, die Abweichung zum ersten Schätzwert zu bestimmen, um diese Abweichung bei der nachfolgenden Steigungsermittlung zu berücksichtigen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Situation, in der die erfindungsgemäße Anti-Rollback Funktion des Elektromotors eines Fahrrads aktiviert wird.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Modifizierung des ersten Schätzwerts für die Gesamtmasse m auf der Grundlage des durch Regelung ermittelten tatsächlichen Antriebsdrehmoments Mtatsächlich.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Modifizierung des ersten Schätzwerts für die Steigung α auf der Grundlage des durch Regelung ermittelten tatsächlichen Antriebsdrehmoments Mtatsächlich.
  • 4 zeigt das Blockdiagramm einer Steuervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Anti-Rollback Funktion.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist ein Elektrofahrrad 1 an einem Hang 2 mit der Steigung α dargestellt. Dementsprechend wirkt auf das Elektrofahrrad 1 die Hangabtriebskraft FH FH = m·g·sin(α) wobei m die Gesamtmasse des Fahrrads mit Fahrer und Gepäck ist und g die Gravitationsbeschleunigung.
  • Der Fahrer des Elektrofahrrads 1 hat am Hang 2 angehalten. Die Hangneigung α kann beispielsweise mit Hilfe eines Neigungssensors oder eines barometrischen Drucksensors erfasst werden oder auch mit Hilfe eines Beschleunigungssensors, der die Steigung berechnet. Wenn der Fahrer nun die Bremse loslässt, rollt das Fahrrad 1 aufgrund der Hangabtriebskraft FH zumindest minimal rückwärts. Erfindungsgemäß wird dieses Rückwärtsrollen detektiert, und zwar bevorzugt mit Hilfe eines Sensors, der ohnehin zur Ausstattung des Elektrofahrrads 1 gehört, wie z.B. ein hochauflösender Geschwindigkeitssensor, der zwischen Vorwärtsund Rückwärtsrollen unterscheiden kann, ein Sensor, der die Pedalumdrehung misst, oder auch ein Motordrehzahlsensor. Durch geeignete Kombination von Sensorinformationen sollte außerdem sichergestellt werden, dass das Sensorsignal tatsächlich auf ein Rückwärtsrollen zurückzuführen ist und keine anderen Ursachen hat, wie beispielsweise ein Rückwärtsschieben oder ein Spielen mit den Pedalen.
  • Sobald ein Rückwärtsrollen am Hang erkannt wird, wird erfindungsgemäß automatisch eine Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors aktiviert, die dafür sorgt, dass die Antriebskraft des Elektromotors FAntrieb der Hangabtriebskraft FH entgegenwirkt und diese weitestgehend kompensiert, so dass FAntrieb = FH
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Aktivierung der Anti-Rollback Funktion auch noch an weitere Bedingungen geknüpft werden kann, beispielsweise, dass der Steigungswinkel α größer als ein vorgegebener Grenzwinkel sein muss.
  • Bei Aktivierung der Anti-Rollback Funktion wird der Elektromotor zunächst mit einem Anfangsdrehmoment MAnfang angesteuert, mit dem eine Antriebskraft FAntrieb FAntrieb = 2π·MAnfang/i·u erzeugt wird, wobei i das Übersetzungsverhältnis ist und u der Radumfang.
  • Dieses Anfangsdrehmoment MAnfang wird dann in einer Regelschleife solange modifiziert, bis FAntrieb = FH und das Fahrrad 1 steht bzw. die Geschwindigkeit v des Fahrrads 1 gleich Null ist.
  • Als Anfangsdrehmoment MAnfang kann beispielsweise ein Drehmomentwert bestimmt werden, der kurz vor dem Anhalten von einem Drehmomentsensor des Elektrofahrrads erfasst worden ist. In der Regel ist jedes Elektrofahrrad mit einem solchen Drehmomentsensor ausgestattet, um die Kraft zu erfassen, die der Fahrer und der Elektromotor auf das Hinterrad übertragen.
  • Jedoch wird der Regelprozess deutlich verkürzt, wenn das Anfangsdrehmoment MAnfang auf der Basis des Übersetzungsverhältnisses i, der aktuellen Geländesteigung α und eines Werts für die Gesamtmasse des Fahrrads mit Fahrer und Gepäck m ermittelt wird, und zwar unter Zugrundelegung des funktionalen Zusammenhangs FAntrieb = FH d. h. 2π·MAnfang/i·u = m·g·sin(α)
  • Die Parameter, Übersetzungsverhältnis i, aktuelle Geländesteigung α und Gesamtmasse m, werden während der Fahrt, die dem Anhalten am Hang vorausgeht, erfasst, ermittelt oder vorgegeben. So kann beispielsweise das Übersetzungsverhältnis i einfach anhand der Fahrerdrehzahl und der Geschwindigkeit v bestimmt werden.
  • Bei einer ersten Variante zur Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang wird die Geländesteigung α mit Hilfe eines eigens dafür vorgesehenen Neigungssensors erfasst, während für die Gesamtmasse m ein Schätzwert ermittelt wird. Dazu wird während der Fahrt bergauf der durchschnittliche Kraftaufwand von Fahrer und Elektromotor bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ermittelt bzw. das entsprechende Drehmoment M. Ausgehend von der Annahme, dass bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ein Kräftegleichgewicht vorliegt, kann aufgrund des funktionalen Zusammenhangs m·g·sin(α) = 2π·M/i·u eine erste Schätzung der Gesamtmasse m vorgenommen werden. Dieser Schätzwert kann dann der Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang für die Anti-Rollback Ansteuerung zugrunde gelegt werden.
  • Wie bereits erwähnt, wird der Elektromotor mit dem Anfangsdrehmoment MAnfang beaufschlagt, sobald ein Rückwärtsrollen am Hang detektiert wird. Ein Regelkreis, der dieses Anfangsdrehmoment MAnfang modifiziert, sorgt dann dafür, dass das Fahrrad 1 zum Stillstand kommt. Wenn die Geschwindigkeit v des Fahrrads 1 gleich Null ist, wird das anliegende Drehmoment Mtatsächlich gemessen, um den Schätzwert für die Gesamtmasse m zu verbessern. Diese Vorgehensweise wird durch das Flussdiagram der 2 veranschaulicht.
  • Die Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang für die Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors beruht im hier dargestellten Fall auf den Sensorgrößen, Steigung α und aktuelles Übersetzungsverhältnis i, sowie einem Schätzwert für die Gesamtmasse m, der durch das beobachtende System, d. h. auf der Grundlage der während der Fahrt erfassten Sensorinformationen, ermittelt wird. Das reale System, d. h. der Regelprozess der Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors, ermittelt das Drehmoment Mtatsächlich, das erforderlich ist, um das Fahrrad tatsächlich zum Stillstand zu bringen. Durch Vergleich von MAnfang und Mtatsächlich wird dann ein ΔM ermittelt, mit dem der erste Schätzwert für die Gesamtmasse m modifiziert wird, und zwar gemäß m_neu = m_alt + ΔM·c wobei c = 2π/i·u·g·sin(α)
  • Der so ermittelte Wert für die Gesamtmasse kann nicht nur der nächsten Anti-Rollback Ansteuerung zugrunde gelegt werden sondern auch der Ansteuerung des Elektromotors zur individuellen Unterstützung des Fahrers beim Bergauffahren. Außerdem kann er zur Charakterisierung des Fahrers verwendet werden, beispielsweise um zwischen unterschiedlichen Fahrern zu unterscheiden und den Elektromotor im Unterstützungsmodus auf die Bedürfnisse des jeweiligen Fahrers abgestimmt anzusteuern.
  • Bei einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schätzwert für die Geländesteigung α bestimmt, so dass auf einen gesonderten Neigungssensor verzichtet werden kann. Bei dieser Variante wird der Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang ein vorgegebener Wert für die Gesamtmasse m zugrundegelegt. Zur Ermittlung des Schätzwerts für die Geländesteigung α wird auch hier der durchschnittliche Kraftaufwand von Fahrer und Elektromotor bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ermittelt bzw. das entsprechende Drehmoment M. Ausgehend von der Annahme, dass bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ein Kräftegleichgewicht vorliegt, kann aufgrund des funktionalen Zusammenhangs m·g·sin(α) = 2π·M/i·u eine erste Schätzung der Steigung α vorgenommen werden. Dieser Schätzwert kann dann der Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang für die Anti-Rollback Ansteuerung zugrunde gelegt werden.
  • Wie bereits erwähnt, wird der Elektromotor mit dem Anfangsdrehmoment MAnfang beaufschlagt, sobald ein Rückwärtsrollen am Hang detektiert wird. Ein Regelkreis, der dieses Anfangsdrehmoment MAnfang modifiziert, sorgt dann dafür, dass das Fahrrad 1 zum Stillstand kommt. Wenn die Geschwindigkeit v des Fahrrads 1 gleich Null ist, wird das anliegende Drehmoment Mtatsächlich gemessen, um den Schätzwert für die Geländesteigung α zu verbessern. Diese Vorgehensweise wird durch das Flussdiagram der 3 veranschaulicht.
  • Die Bestimmung des Anfangsdrehmoments MAnfang für die Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors beruht im hier dargestellten Fall auf dem vorgegebenen Wert m für die Gesamtmasse, dem aktuellen Übersetzungsverhältnis i sowie einem Schätzwert für die Geländesteigung α, der durch das beobachtende System, d. h. auf der Grundlage der während der Fahrt erfassten Sensorinformationen, ermittelt wird.
  • Das reale System, d. h. der Regelprozess der Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors, ermittelt das Drehmoment Mtatsächlich, das erforderlich ist, um das Fahrrad tatsächlich zum Stillstand zu bringen. Durch Vergleich von MAnfang und Mtatsächlich wird dann ein ΔM ermittelt, mit dem der erste Schätzwert für die Geländesteigung α modifiziert wird, und zwar gemäß α_neu = α_alt + ΔM·c wobei c = 2π/i·u·g·m
  • Der so ermittelte Steigungswert kann beispielsweise zur Anpassung des Unterstützungsmodus der Motorsteuerung bei Bergfahrten verwendet werden. Außerdem kann die Abweichung zwischen dem ersten Schätzwert und dem modifizierten Wert für die Steigung α im Folgenden bei der Schätzung der Steigung berücksichtigt werden.
  • 4 veranschaulicht die Einbindung der voranstehend beschriebenen Anti-Rollback Funktion 121 in die Steuervorrichtung 10 eines Elektrofahrrads und das Zusammenwirken der Anti-Rollback Funktion 121 mit der Sensorik 20 und dem Elektromotor 30 des Elektrofahrrads.
  • In der Regel sind Elektrofahrräder mit einer Reihe von Sensoren 20 zur Überwachung der Fahrradbewegung und Funktion des Motorantriebs ausgestattet. Diese Sensorausstattung umfasst gewöhnlich einen Geschwindigkeitssensor, einen Fahrerdrehzahl-/Motordrehzahlsensor und einen Drehmomentsensor. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Geschwindigkeitssensor um einen hochauflösenden Sensor, der zwischen Vorwärts- und Rückwärtsrollen unterscheiden kann. Außerdem kann das Fahrrad noch mit einem Beschleunigungssensor, einem Neigungssensor und/oder einem Sensor ausgerüstet sein, der die Pedalumdrehung detektiert.
  • Die Sensorsignale werden der Steuervorrichtung 10 zugeleitet, die eine Auswerteeinrichtung 11 für die Sensorsignale umfasst. Anhand der Sensorsignale wird hier ein Rückwärtsrollen des Fahrrads detektiert und überprüft, ob dieses Rückwärtsrollen gefällebedingt ist, um in diesem Fall die Anti-Rollback Funktion 121 zu aktivieren. Die Auswerteeinheit 11 bestimmt anhand der Fahrer-/Motordrehzahl und der Geschwindigkeit das aktuelle Übersetzungsverhältnis. Je nach Sensorausstattung 20 kann die Auswerteeinheit 11 auch einen ersten Schätzwert für die Gesamtmasse oder die aktuelle Geländesteigung berechnen. Schließlich bestimmt die Auswerteeinheit 11 noch ein Anfangsdrehmoment MAnfang zur Ansteuerung des Elektromotors 30, wenn die Anti-Rollback Funktion 121 aktiviert wird.
  • Die Steuervorrichtung 10 umfasst in der Regel mehrere unterschiedliche Steuerfunktionen 12 für den Elektromotor 30, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Meist kann der Benutzer zwischen einzelnen Steuermodi 12 wählen, um die Unterstützungsleistung des Elektromotors 30 an seine Bedürfnisse und die jeweilige Fahrstrecke anzupassen. Erfindungsgemäß werden diese Steuermodi 12 durch die Anti-Rollback Funktion 121 ergänzt, die automatisch aktiviert wird, aber immer nur dann, wenn ein gefällebedingtes Rückwärtsrollen des Fahrrads detektiert wird.
  • In diesem Fall steuert die Anti-Rollback Funktion den Elektromotor 30 zunächst mit dem Anfangsdrehmoment MAnfang an. Die Anti-Rollback Funktion 121 umfasst einen Regelkreis zum Regeln des Motordrehmoments auf ein Drehmoment Mtatsächlich, bei dem die Geschwindigkeit v des Elektrofahrrads gleich Null ist.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Auswerteeinheit 11 der Steuerfunktion mit Mitteln zum Berechnung eines ersten Schätzwerts für die Gesamtmasse m des Elektrofahrrads auf der Grundlage der ausgewerteten Sensorinformationen ausgestattet sein. In diesem Fall berechnet die Auswerteeinheit 11 das Anfangsdrehmoment MAnfang auf der Grundlage dieses ersten Schätzwerts m und der ausgewerteten Sensorinformationen. Vorteilhafterweise sind dann auch Mittel zum Vergleichen der Drehmomente MAnfang und Mtatsächlich vorgesehen, die beispielhaft in der Anti-Rollback Funktion 121 der Steuervorrichtung 10 lokalisiert sein können, genauso wie Mittel zum Modifizieren des ersten Schätzwerts für die Gesamtmasse m unter Berücksichtigung von ΔM = MAnfang – Mtatsächlich.
  • Unter der Voraussetzung, dass die Gesamtmasse des Elektrofahrrads mit Fahrer und Gepäck bekannt ist, kann die Auswerteeinrichtung 11 der Steuervorrichtung 10 auch mit Mitteln zum Berechnung eines ersten Schätzwerts für die Geländesteigung α auf der Grundlage der ausgewerteten Sensorinformationen ausgestattet sein. In diesem Fall wird das Anfangsdrehmoment MAnfang auf der Grundlage dieses ersten Schätzwerts α und der ausgewerteten Sensorinformationen berechnet. Auch hier umfasst die Anti-Rollback Funktion 121 vorteilhafterweise Mittel zum Vergleichen der Drehmomente MAnfang und Mtatsächlich und Mittel zum Modifizieren des ersten Schätzwerts für die Geländesteigung α unter Berücksichtigung von ΔM = MAnfang – Mtatsächlich.

Claims (14)

  1. Verfahren zum automatischen Ansteuern des Elektromotors eines Fahrrads am Berg, wenn ein gefällebedingtes Rückwärtsrollen des Fahrrads detektiert wird (Anti-Rollback Funktion), wobei der Elektromotor so angesteuert und geregelt wird, dass die Hangabtriebskraft FH durch die Antriebskraft des Elektromotors FAntrieb weitestgehend kompensiert wird, so dass die Geschwindigkeit des Fahrrads v = 0.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor mit einem Anfangsdrehmoment MAnfang angesteuert wird, das auf der Basis des Übersetzungsverhältnisses i, der aktuellen Geländesteigung α und eines Werts m für die Gesamtmasse des Fahrrads mit Fahrer und Gepäck ermittelt wird, und dass der Elektromotor dann auf ein Drehmoment Mtatsächlich geregelt wird, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrrads v = 0.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein erster Schätzwert für die Gesamtmasse m ermittelt wird, indem während der Fahrt bergauf • die aktuelle Geländesteigung α erfasst wird, • die Geschwindigkeit v erfasst wird, • der durchschnittliche Kraftaufwand von Fahrer und Elektromotor bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ermittelt wird und • das aktuelle Übersetzungsverhältnis i ermittelt wird, und bei dem auf der Basis dieses ersten Schätzwerts der Gesamtmasse m ein Anfangsdrehmoment MAnfang zur Ansteuerung des Elektromotors ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der erste Schätzwert der Gesamtmasse m auf der Basis des nachgeregelten Drehmoments Mtatsächlich modifiziert wird, um einen besseren Schätzwert für die Gesamtmasse m zu ermitteln.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem dieser verbesserte Schätzwert für die Gesamtmasse m der nachfolgenden Anti-Rollback Ansteuerung des Elektromotors zugrunde gelegt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem dieser verbesserte Schätzwert für die Gesamtmasse m einer Ansteuerung des Elektromotors zur Unterstützung des Fahrers zugrunde gelegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein erster Schätzwert für die Steigung α ermittelt wird, indem während der Fahrt • die Geschwindigkeit v erfasst wird, • der durchschnittliche Kraftaufwand von Fahrer und Elektromotor bei gleichbleibender Geschwindigkeit v ermittelt wird, • das aktuelle Übersetzungsverhältnis i ermittelt wird und • ein Wert für die Gesamtmasse m vorgegeben wird, und bei dem auf der Basis dieses ersten Schätzwerts der Steigung α ein Anfangsdrehmoment MAnfang zur Ansteuerung des Elektromotors ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schätzwert der Steigung α auf der Basis des nachgeregelten Drehmoments Mtatsächlich modifiziert wird, um einen verbesserten Schätzwert für die Steigung α zu erhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Abweichung dieses verbesserten Schätzwerts vom ersten Schätzwert für die Steigung α ermittelt wird, um diese Abweichung bei der nachfolgenden Steigungsermittlung zu berücksichtigen.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der verbesserte Schätzwert für die Steigung α einer Ansteuerung des Elektromotors zur Unterstützung beim Anfahren am Berg und/oder beim Bergauffahren zugrunde gelegt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gefällebedingtes Rückwärtsrollen des Fahrrads mit Hilfe eines Sensors an der Fahrerkurbel und/oder am Motor detektiert wird.
  12. Steuervorrichtung für den Elektromotor eines Fahrrads, umfassend eine Anti-Rollback Funktion zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, • mit einer Auswerteeinheit für Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale, die Informationen über die Lage und Bewegung des Elektrofahrrads und Informationen über den Antrieb des Elektrofahrrads liefern, • mit Mitteln zum automatischen Ansteuern des Elektromotors mit einem Anfangsdrehmoment MAnfang, wenn ein gefällebedingtes Rückwärtsrollen des Elektrofahrrads detektiert wird, und • mit einem Regelkreis zum Regeln des Motordrehmoments auf ein Drehmoment Mtatsächlich, bei dem die Geschwindigkeit v des Elektrofahrrads gleich Null ist.
  13. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, • mit Mitteln zum Berechnung eines ersten Schätzwerts für die Gesamtmasse m des Elektrofahrrads mit Fahrer und Gepäck auf der Grundlage der ausgewerteten Sensorinformationen und mit Mitteln zum Berechnen eines Anfangsdrehmoments MAnfang auf der Grundlage dieses ersten Schätzwerts m und der ausgewerteten Sensorinformationen, • mit Mitteln zum Vergleichen der Drehmomente MAnfang und Mtatsächlich und • mit Mitteln zum Modifizieren des ersten Schätzwerts für die Gesamtmasse m unter Berücksichtigung von ΔM = MAnfang – Mtatsächlich.
  14. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, • mit Mitteln zum Berechnung eines ersten Schätzwerts für die Geländesteigung α auf der Grundlage der ausgewerteten Sensorinformationen und mit Mitteln zum Berechnen eines Anfangsdrehmoments MAnfang auf der Grundlage dieses ersten Schätzwerts α und der ausgewerteten Sensorinformationen, • mit Mitteln zum Vergleichen der Drehmomente MAnfang und Mtatsächlich und • mit Mitteln zum Modifizieren des ersten Schätzwerts für die Geländesteigung α unter Berücksichtigung von ΔM = MAnfang – Mtatsächlich.
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