DE102014219595A1 - Longitudinal dynamics control on the pedelec - Google Patents

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Henrik Antoni
Bernhard Schmid
Wolfgang Jöckel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hilfsantriebs (4) eines auf wenigstens einem Rad (8, 10) getragenen Fahrrades (2), das durch eine Trittkraft (25‘) eines Fahrers (23) und eine vom Hilfsantrieb (4) aufgebrachte Hilfskraft (34‘) antreibbar ist, umfassend: – Einstellen der Hilfskraft (34‘) derart, dass eine Gesamtantriebskraft (40) aus einer Summe der Trittkraft (25‘) und der Hilfskraft (34‘) einer vorbestimmten Bedingung (48) genügt.The invention relates to a method for controlling an auxiliary drive (4) of a bicycle (2) carried on at least one wheel (8, 10) by a pedaling force (25 ') of a driver (23) and by an auxiliary drive (4) (34 '), comprising: - adjusting the auxiliary force (34') such that a total driving force (40) of a sum of the tread force (25 ') and the auxiliary force (34') satisfies a predetermined condition (48).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hilfsantriebes eines Fahrrades und eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for driving an auxiliary drive of a bicycle and a control device for carrying out the method.

Aus der DE 10 2008 031 438 A1 ist ein pedalgetriebenen Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb bekannt.From the DE 10 2008 031 438 A1 is a pedal-driven bicycle with a supporting auxiliary drive known.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das bekannte pedalgetriebene Fahrrad zu verbessern.It is an object of the invention to improve the known pedal-driven bicycle.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ansteuern eines Hilfsantriebs eines auf wenigstens einem Rad getragenen Fahrrades, das durch eine Trittkraft eines Fahrers und eine vom Hilfsantrieb aufgebrachte Hilfskraft antreibbar ist den Schritt Einstellen der Hilfskraft derart, dass eine Gesamtantriebskraft aus einer Summe der Trittkraft und der Hilfskraft einer vorbestimmten Bedingung genügt.According to one aspect of the invention, a method for driving an auxiliary drive of a bicycle carried on at least one wheel drivable by a rider's stepping force and an auxiliary power applied by the auxiliary drive comprises the step of adjusting the assisting force such that a total driving force is a sum of the pedaling force and the auxiliary power of a predetermined condition is sufficient.

Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass der Hilfsantrieb grundsätzlich dazu da ist, dem Fahrer beim Treten zu unterstützen. Der Wunsch des Fahrers ist es, das Fahrrad mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortzubewegen. Je größer diese Wunschgeschwindigkeit ist, desto höher wird seine Trittkraft sein. Zur Unterstützung des Fahrers, wird die Trittkraft des Fahrers betrachtet und die Hilfskraft erzeugt, wenn die Trittkraft des Fahrers zu groß wird. Alternativ kann die Hilfskraft aber auch vom Fahrer über den Lenker am Fahrrad vorgegeben werden.The specified method is based on the consideration that the auxiliary drive is basically there to assist the driver when pedaling. The desire of the driver is to move the bicycle at a certain speed. The greater this desired speed, the higher will be its pedaling power. To assist the driver, the driver's pedaling power is considered and the assisting power is generated when the rider's pedaling force becomes too great. Alternatively, the assistant can also be specified by the driver on the handlebars on the bike.

Bei der Erzeugung der Hilfskraft ist es jedoch wünschenswert bestimmte Verhaltensweisen des Fahrrades zu steuern. Eine derartige Verhaltensweise des Fahrrades könnte die Sicherheit auf der Straße betreffen, damit das Fahrrad beispielsweise aufgrund einer zu hohen Längsbeschleunigung keinen Hochstart macht. Eine andere Verhaltensweise wäre, wie am Fahrrad die Trittkraft des Fahrers in die Geschwindigkeit umgesetzt wird. Abhängig vom Konditionszustand des Fahrers wäre es wünschenswert, eine bestimmte Geschwindigkeit schon mit einer geringeren Trittkraft zu erreichen. So kann der Fahrer beispielsweise zu Beginn seiner Fahrt mit einer hohen Trittkraft die bestimmte Geschwindigkeit erreichen wollen, wobei diese bestimmte Geschwindigkeit aufgrund seines fallenden Konditionszustandes mit einer immer kleiner werden Trittkraft erreicht werden soll. Verallgemeinert ausgedrückt wäre es wünschenswert, mit dem Fahrrad unterschiedliche Leistungsprofile abzubilden, mit denen der Fahrer das Fahrrad antreibt. Eine anderes Beispiel für ein Leistungsprofil wäre es bei hügeligem Gelände eine ebene Strecke zu suggerieren und umgekehrt.In the generation of the assistant, however, it is desirable to control certain behaviors of the bicycle. Such a behavior of the bicycle could affect the safety on the road, so that the bike does not make a high start, for example, due to excessive longitudinal acceleration. Another way of behaving would be how the rider's pedaling power is translated into speed on a bicycle. Depending on the condition of the driver, it would be desirable to achieve a certain speed even with a lower pedaling force. Thus, for example, the driver may want to achieve the certain speed at the beginning of his journey with a high pedaling force, whereby this specific speed should be achieved with an ever decreasing pedaling force due to his falling condition. Generally speaking, it would be desirable to use bicycles to map different performance profiles with which the driver drives the bicycle. Another example of a performance profile would be to suggest a flat course on hilly terrain and vice versa.

Hier greift das angegebene Verfahren mit dem Vorschlag an, bei der Erzeugung der Hilfskraft alternativ oder zusätzlich die auf das Fahrrad wirkende Gesamtkraft zu betrachten. Aus dieser Gesamtkraft lassen sich einerseits die Längsbeschleunigung des Fahrrades und damit seine Längsdynamik ableiten und so steuern, andererseits können auch die zuvor genannten Leistungsprofile eingestellt werden. Auf diese Weise wird das Fahrrad vielseitiger und sicherer verwendet werden.Here, the specified method attacks with the proposal to consider in the generation of the auxiliary power alternatively or additionally, the total force acting on the bicycle. From this total force, on the one hand, the longitudinal acceleration of the bicycle and thus its longitudinal dynamics can be derived and controlled, on the other hand, the aforementioned power profiles can be adjusted. In this way, the bike will be used more versatile and safer.

Zur Steuerung der Längsdynamik des Fahrrades kann in einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens eine Beschleunigung des Fahrrades bestimmt werden. Dabei ist die vorbestimmte Bedingung ein Begrenzungswert für die erfasste Beschleunigung. Auf diese Weise ist oben genannte auf das Fahrrad wirkende Gesamtkraft abhängig von der Beschleunigung auf das Fahrrad wodurch beispielsweise der zuvor genannte Hochstart vermieden werden kann.To control the longitudinal dynamics of the bicycle acceleration of the bicycle can be determined in a particular embodiment of the specified method. In this case, the predetermined condition is a limiting value for the detected acceleration. In this way, the above-mentioned total force acting on the bicycle is dependent on the acceleration on the bicycle, whereby, for example, the aforementioned high start can be avoided.

Zwar kann die Beschleunigung beliebig beispielsweise mit einem Beschleunigungssensor erfasst werden, zweckmäßigerweise wird die Beschleunigung jedoch in Abhängigkeit einer Drehzahl des Rades erfasst. Auf diese Weise kann auch die Beschleunigung in Richtung der Übergrundgeschwindigkeit des Fahrrades erfasst werden, wodurch beispielsweise auch die Beschleunigung auf Straße mit einer Steigung richtig erfasst werden kann.Although the acceleration can be detected arbitrarily, for example with an acceleration sensor, the acceleration is expediently detected as a function of a rotational speed of the wheel. In this way, the acceleration in the direction of the ground speed of the bicycle can be detected, whereby, for example, the acceleration on the road with a slope can be detected correctly.

Da der oben genannte zu vermeidende Hochstart des Fahrrades in erster Linie von der Gewichtskraft des Fahrrades abhängt sollte der zuvor genannte Begrenzungswerts in Abhängigkeit einer Gesamtmasse des Fahrrades mit dem Fahrer bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Hochstart in sicherer Weise auch für vergleichsweise leichtgewichtige Fahrer vermieden werden.Since the abovementioned high start of the bicycle to be avoided depends primarily on the weight of the bicycle, the aforesaid limiting value should be determined as a function of a total mass of the bicycle with the driver. In this way, the high start can be safely avoided even for relatively lightweight driver.

In einer noch zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die Gesamtmasse basierend auf einer Gegenüberstellung der Gesamtantriebskraft und einer auf das Fahrrad wirkenden Beschleunigung bestimmt. Auf diese Weise kann das angegebene Verfahren ohne die Anordnung eines zusätzlichen Gewichtssensors in kostengünstiger Weise durchgeführt werden.In a still further development of the specified method, the total mass is determined based on a comparison of the total drive force and an acceleration acting on the bicycle. In this way, the specified method can be carried out in a cost-effective manner without the arrangement of an additional weight sensor.

Dabei kann die Trittkraft des Fahrers basierend auf einem Trittmoment des Fahrers bestimmt werden, die in einfacher Weise beispielsweise über einen Tretmomentensensor am Tretlager erfassbar ist. Hierbei kann die Trittkraft aus dem Trittmoment über eine Proportionalitätskonstante hergeleitet werden.In this case, the pedaling force of the driver can be determined based on a pedaling moment of the driver, which can be detected in a simple manner, for example via a treadmill sensor on the bottom bracket is. Here, the treading force can be derived from the treading moment via a proportionality constant.

Vorzugsweise sollte die Proportionalitätskonstante von einer Übersetzung einer Trittfrequenz des Fahrers auf die Drehzahl des Rades abhängig sein, so dass beispielsweise die Trittkraft auch bei der Verwendung einer Gangschaltung zuverlässig bestimmt werden kann.Preferably, the proportionality constant should be dependent on a ratio of a cadence of the driver on the speed of the wheel, so that, for example, the pedaling force can be reliably determined even when using a gearshift.

In einer anderen Weitebildung des angegebenen Verfahrens wird zum Begrenzen der Gesamtantriebskraft die Übersetzung verändert. Alternativ oder zusätzlich kann zum Begrenzen der Gesamtantriebskraft selbstverständlich auch die Leistung des Hilfsantriebes verändern, insbesondere reduziert werden.In another development of the specified method, the ratio is changed to limit the total driving force. Alternatively or additionally, to limit the total drive force, of course, the power of the auxiliary drive can also be changed, in particular reduced.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuer-vorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.According to another aspect of the invention, a control device is arranged to perform one of the specified methods.

In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist eines angegebenen Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In a development of the specified control device, the specified device has a memory and a processor. In this case, a specified method in the form of a computer program is stored in the memory and the processor is provided for carrying out the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.According to a further aspect of the invention, a computer program comprises program code means for performing all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.In accordance with another aspect of the invention, a computer program product includes program code stored on a computer-readable medium and, when executed on a data processing device, performs one of the specified methods.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrrad mit einem Hilfsantrieb eine der angegebenen Steuervorrichtungen.According to a further aspect of the invention, a bicycle with an auxiliary drive comprises one of the specified control devices.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in connection with the drawings, wherein:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb, 1 a schematic representation of a bicycle with a supporting auxiliary drive,

2 eine schematische Darstellung des Fahrrades der 1 in einem Betriebszustand, und 2 a schematic representation of the bicycle the 1 in an operating state, and

3 eine schematische Darstellung eines Drehzahlsensors für das Fahrrad der 1 zeigen. 3 a schematic representation of a speed sensor for the bicycle of 1 demonstrate.

In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.

Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Fahrrades 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 zeigt.It will open 1 Reference is made to a schematic representation of a bicycle 2 with a supporting auxiliary drive 4 shows.

Das Fahrrad 2 besitzt einen Rahmen 6, der über ein Vorderrad 8 und ein Hinterrad 10 fahrbar auf einem Untergrund 11, wie beispielsweise einer Straße getragen wird. Das Hinterrad 10 ist dabei über ein Tretlager 12 antreibbar, was nachstehend beschrieben werden soll.The bike 2 owns a frame 6 that has a front wheel 8th and a rear wheel 10 mobile on a surface 11 such as being worn on a street. The rear wheel 10 is about a bottom bracket 12 drivable, which will be described below.

Das Tretlager 12 weist ein in 2 gezeigtes Kettenblatt 14 auf, dass in einer noch zu beschreibenden Weise drehfest mit einer Tretlagerwelle 16, auch Kurbelwelle genannt, verbunden ist. Von der Tretlagerwelle 16 ragen in an sich bekannter Weise radial zwei Kurbelarme 18, 20 ab, an deren der Tretlagerwelle 16 gegenüberliegenden Enden je eine Pedale 22, 24 drehbar gehalten ist. Ein in 2 angedeuteter Fahrer 23 des Fahrrades 2 kann dann durch Treten auf eines der Pedale 22, 24 die Tretlagerwelle 16 und damit das Kettenblatt 14 mit einem Trittmoment 25 drehen. Das sich drehende Kettenblatt 14 bewegt dabei eine Kette 26, die wiederum die Drehung des Kettenblattes 14 auf ein drehfest am Hinterrad 10 befestigtes Zahnrad 28 überträgt. Auf diese Weise wird das Hinterrad 10 angetrieben, wodurch das Fahrrad 2 durch die Tretbewegungen des Fahrers auf dem Untergrund 11 bewegt werden kann. Anstelle des drehfest an Hinterrad 10 befestigten Zahnrads 28 kann auch ein auf einer sogenannten Gangschaltung befestigtes Zahnrad verwendet werden, wobei die Gangschaltung als sogenannte Nabenschaltung ausgebildet sein kann, wobei sich dann das Getriebe innerhalb der Radnabe des Hinterrads befindet, oder als sogenannten Kettenschaltung, bei der sich das Getriebe offen zugänglich auf der Radnabe befindet.The bottom bracket 12 has an in 2 shown chainring 14 on that in a manner to be described rotatably with a bottom bracket 16 , also called crankshaft, is connected. From the bottom bracket shaft 16 protrude in a conventional manner radially two crank arms 18 . 20 from where the bottom bracket 16 opposite ends each a pedals 22 . 24 is held rotatably. An in 2 indicated driver 23 of the bicycle 2 can then by pedaling on one of the pedals 22 . 24 the bottom bracket shaft 16 and thus the chainring 14 with a kicking moment 25 rotate. The rotating chainring 14 moves a chain 26 , in turn, the rotation of the chainring 14 on a rotatably on the rear wheel 10 attached gear 28 transfers. That way, the rear wheel becomes 10 driven, causing the bike 2 by the pedaling of the driver on the ground 11 can be moved. Instead of rotatably on the rear wheel 10 attached gear 28 can also be used on a so-called gear shift gear, the gear shift can be designed as a so-called hub gear, in which case the transmission is within the wheel hub of the rear wheel, or as a so-called derailleur, in which the transmission is openly accessible on the wheel hub ,

Der Fahrer selbst kann während seiner Tretbewegungen auf einem Sattel 30 sitzen und sich an einem Lenker 32 zur Steuerung des Fahrrades 2 festhalten.The driver himself can ride on a saddle while pedaling 30 sit and join a handlebar 32 to control the bike 2 hold tight.

Um den Fahrer beim Antrieb des Fahrrades 2 zu unterstützen ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung der Hilfsantrieb 4 vorgesehen. Dieser ist als Nabenmotor ausgeführt und greift in eines der Räder 8, 10 des Fahrrades 2, in der vorliegenden Ausführung in das Hinterrad 10 des Fahrrades 2 ein, um an das Fahrrad 2 ein Hilfsmoment 34 anzulegen, mit das Trittmoment 25 des Fahrers unterstützt wird.To the driver when driving the bike 2 To support is in the context of the present embodiment, the auxiliary drive 4 intended. This is designed as a hub motor and engages in one of the wheels 8th . 10 of the bicycle 2 , in the present version in the rear wheel 10 of the bicycle 2 one to the bike 2 an auxiliary moment 34 create, with the treading moment 25 the driver is supported.

Die zur Erzeugung des Hilfsmomentes 34 mit dem Hilfsantrieb 4 notwendige elektrische Energie 36 wird dabei aus einer elektrischen Energiequelle 38 bereitgestellt und soll in Abhängigkeit des Fahrerwunschs des Fahrers zugeschaltet werden. Dieser Fahrerwunsch kann beispielsweise direkt vom Trittmoment 25 abhängig sein, beispielsweise wenn dieses einen vorbestimmten Wert überschreitet oder der Fahrerwunsch wird direkt über ein nicht gezeigtes Schaltelement am Lenker 32 vorgegeben.The for generating the auxiliary torque 34 with the auxiliary drive 4 necessary electrical energy 36 becomes from an electrical energy source 38 provided and should be switched on depending on the driver's request of the driver. This driver request can, for example, directly from the pedaling moment 25 be dependent, for example, if this exceeds a predetermined value or the driver's request is directly via a not shown switching element on the handlebar 32 specified.

Ein Fahrrad wie das Fahrrad 2 mit dem Hilfsantrieb 4 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 087 544 A1 bekannt, wobei Fahrräder mit derartigen Hilfsantrieben auch Pedelecs genannt werden. Weitere Informationen zu Pedelecs lassen sich in der zuvor genannten Druckschrift finden.A bike like the bike 2 with the auxiliary drive 4 is for example from the DE 10 2011 087 544 A1 bicycles with such auxiliary drives are also called pedelecs. Further information on pedelecs can be found in the aforementioned document.

Das Trittmoment 25 und das Hilfsmoment 34 bringen auf das Fahrrad 2, wie in 2 gezeigt, entsprechend eine Trittkraft 25‘ und eine Hilfskraft 34‘ auf, die das Fahrrad 2 mit einer Gesamtantriebskraft 40 antreiben. Gegen die Gesamtantriebskraft 40 wirkt in an sich bekannter Weise eine Trägheitskraft 42. Ferner wirkt auf das Fahrrad 2 in an sich bekannter Weise die Gewichtskraft 44 des Fahrrades 2. Eine Summenkraft 46 aus der Gewichtskraft 44 und der Trägheitskraft 42 muss dabei in an sich bekannter Weise unterhalb einer Radnabe des Hinterrades 10 wirken, damit ein Hochstart des Fahrrades 2 vermieden wird. Das heißt, ist die Trägheitskraft 42 und damit die Gesamtantriebskraft 40 zu groß, dann sollte diese derart reduziert werden, dass die Summenkraft 46 wieder unterhalb der Radnabe des Hinterrades 10 verläuft, um den Hochstart (auch Aufbäumen des Fahrrades 2 genannt) zu vermeiden.The kicking moment 25 and the auxiliary torque 34 bring on the bike 2 , as in 2 shown, according to a pedaling force 25 ' and a helper 34 ' on that the bike 2 with a total driving force 40 drive. Against the total driving force 40 acts in a conventional manner an inertial force 42 , It also affects the bike 2 in a conventional manner, the weight 44 of the bicycle 2 , A sum force 46 from the weight 44 and the inertial force 42 must be in a conventional manner below a hub of the rear wheel 10 act, thus a high start of the bicycle 2 is avoided. That is, the inertial force is 42 and thus the total driving force 40 too big, then this should be reduced so that the sum power 46 again below the wheel hub of the rear wheel 10 runs to the high start (also rearing up the bike 2 to avoid).

Im Rahmen der vorliegenden Ausführung könnte die Gesamtantriebskraft 40 in einfacher Weise auf einen festen Begrenzungswert festgelegt werden, um die Summenkraft 46 stets mit einer Sicherheitsmarge 48 unterhalb der Radnabe des Hinterrades 10 zu halten.In the present embodiment, the total driving force could 40 be easily set to a fixed limit value to the sum force 46 always with a safety margin 48 below the wheel hub of the rear wheel 10 to keep.

Je schwerer der Fahrer 23 jedoch ist, desto mehr wird die Sicherheitsmarge 48 jedoch unnötigerweise unterschritten.The heavier the driver 23 however, the more the safety margin 48 but unnecessarily undershot.

Deshalb wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung vorgeschlagen die Gesamtmasse des Fahrrades 2 inklusive Fahrer zu bestimmen und den Begrenzungswert in Abhängigkeit der bestimmten Masse festzulegen. Die Masse des Fahrrades 2 ohne Fahrer 23 ist grundsätzlich bekannt, so dass mit einem Gewichtssensor die Masse des Fahrers 23 bestimmt und somit auf die Gesamtmasse des Fahrrades 2 geschlossen werden könnte.Therefore, it is proposed in the present embodiment, the total mass of the bicycle 2 including driver to determine and the limit value depending on the determined mass. The mass of the bike 2 without driver 23 is basically known, so with a weight sensor the mass of the driver 23 determined and thus on the total mass of the bike 2 could be closed.

Um die Gesamtmasse des Fahrrades 2 sensorfrei zu bestimmen wird von der Gesamtantriebskraft 40 mit dem Formelzeichen FFzg ausgegangen, die sich als Summe aus der Trittkraft 25‘ mit dem Formelzeichen FFahrer und der Hilfskraft 34‘ mit dem Formelzeichen FAntrieb zusammensetzt: FFZG = FFahrer + FAntrieb. (1) To the total mass of the bike 2 sensor-free is determined by the total driving force 40 with the formula sign F Fzg , which is the sum of the pedaling force 25 ' with the symbol F driver and the assistant 34 ' composed with the symbol F drive : F FZG = F driver + F drive . (1)

Über die an sich bekannte Beziehung F=m*a kann dann die die Masse des Fahrrades 2 mit dem Formelzeichen mFzg bestimmt werden: mFZG = (FFahrer + FAntrieb)/a, (2) wobei a die Beschleunigung des Fahrrades 2 ist.About the known per se relationship F = m * a can then the mass of the bicycle 2 be determined by the formula sign m Fzg : m FZG = (F driver + F drive ) / a, (2) where a is the acceleration of the bike 2 is.

Die Beschleunigung des Fahrrades 2 kann durch zeitliches Ableiten einer Drehzahl 42 beispielsweise des Hinterrades 10 basierend auf einem Drehzahlsensor 42 ermittelt werden, der später anhand von 3 näher erläutert wird. The acceleration of the bike 2 can by temporally deriving a speed 42 for example, the rear wheel 10 based on a speed sensor 42 be determined later by means of 3 is explained in more detail.

Die Hilfskraft 34‘, FAntrieb ist dabei über an sich bekannte mathematische Beziehungen unmittelbar aus einem Antriebsstrom in dem Hilfsantrieb 4 bestimmbar. Unbekannt ist lediglich die Trittkraft 25‘. Wird jedoch über einen Drehmomentsensor im Tretlager 12 das Trittmoment 25 erfasst, kann basierend auf einer Übersetzung ü zwischen dem Kettenblatt 14 und dem Zahnrad 28 und einem bekannten Radius RRad des Hinterrades 10 die Hilfskraft 34‘, FAntrieb wie folgt bestimmt werden: FAntrieb = MKurbel·ü/RRad (3) The assistant 34 ' , F drive is about known mathematical relationships directly from a drive current in the auxiliary drive 4 determinable. Unknown is only the pedaling force 25 ' , Is however via a torque sensor in the bottom bracket 12 the kicking moment 25 detected, based on a translation ü between the chainring 14 and the gear 28 and a known radius R Rad of the rear wheel 10 the assistant 34 ' , F drive can be determined as follows: F drive = M crank · ü / R wheel (3)

Damit sind alle Angaben bekannt, um über die obige Formel (2) die Gesamtmasse mFzg des Fahrrades 2 zu bestimmen. Thus, all information is known about the above formula (2) the total mass m Fzg of the bicycle 2 to determine.

Solange die Übersetzung ü fest ist und beispielsweise keine Gangschaltung am Fahrrad 2 verwendet wird, kann diese auch fest vorgegeben werden. Anderenfalls sollte diese mit einem weiteren Drehzahlsensor 42 am Tretlager 12 durch Gegenüberstellen einer Trittfrequenz am Tretlager 12 und der Drehzahl des Hinterrades 10 bestimmt werden.As long as the translation ü is fixed and, for example, no gear on the bike 2 is used, this can also be fixed. Otherwise, this should be with another speed sensor 42 at the bottom bracket 12 by facing a cadence at the bottom bracket 12 and the speed of the rear wheel 10 be determined.

Zum Begrenzen der Gesamtantriebskraft 40 kann beispielsweise die elektrische Energie 36 zum Hilfsantrieb 4 begrenzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zum Begrenzen der Gesamtantriebskraft 40 auch die Übersetzung ü angepasst werden. Weiterhin wäre es selbstverständlich auch möglich die Gesamtantriebskraft 40 auch über eine nicht gezeigte Bremse zu begrenzen.To limit the total driving force 40 For example, the electrical energy 36 to the auxiliary drive 4 be limited. Alternatively or additionally, for limiting the total driving force 40 also the translation ü be adapted. Furthermore, it would of course also possible the total driving force 40 also to limit over a brake, not shown.

Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht des oben genannten Drehzahlsensors 42 zeigt, der am Hinterrad 10 zu Erfassung der Raddrehzahl oder am Tretlager 12 zu Erfassung der Trittfrequenz verwendet werden kann.It will open 3 Reference is made, which is a schematic view of the above-mentioned speed sensor 42 shows the rear wheel 10 to Detecting the wheel speed or at the bottom bracket 12 can be used to detect the cadence.

Der Drehzahlsensor 42 ist in der vorliegenden Ausführung als aktiver Drehzahlsensor ausgeführt, der eine drehfest am Hinterrad 10 oder an der Tretlagerwelle 16 befestigte Encodersscheibe 44 und zwei ortsfest zum Rahmen 6 befestige Messaufnehmer in Form eines Lesekopfes 46 umfasst.The speed sensor 42 is in the present embodiment designed as an active speed sensor, which rotatably on the rear wheel 10 or at the bottom bracket shaft 16 attached encoder disk 44 and two stationary to the frame 6 fixed sensor in the form of a reading head 46 includes.

Die Encoderscheibe 44 besteht in der vorliegenden Ausführung aus aneinandergereihten Magnetnordpolen 48 und Magnetsüdpolen 50, die gemeinsam ein nicht weiter dargestelltes Gebermagnetfeld erregen. Dreht sich die am Rad 6 befestigte Encoderscheibe 44 mit diesem in die Drehrichtung des Trittmoments 25 oder mit dem Hilfsmoments 34, dreht sich das Gebermagnetfeld so mit. The encoder disk 44 consists in the present embodiment of juxtaposed magnetic north poles 48 and magnetic south poles 50 , which together excite a donor magnetic field not shown. Turns on the wheel 6 attached encoder disk 44 with this in the direction of rotation of the torque 25 or with the auxiliary torque 34 , the encoder magnetic field rotates with it.

Der Lesekopf 46 umfasst ein magnetoresistives Bauelement, das seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit eines ihn durchdringenden magnetischen Feldes ändert. Zur Erfassung der Drehzahl oder der Trittfrequenz wird die Änderung der Winkellage der Encoderscheibe 44 und damit die Änderung des elektrischen Widerstandes des Lesekopfes 46 erfasst. Dazu kann das magnetoresisitive Bauelement im Lesekopf 46 in an sich bekannter Weise an eine nicht weiter dargestellte Widerstandsmessschaltung, wie beispielsweise eine an sich bekannte Brückenschaltung angeschlossen sein. In Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des magnetoresistiven Bauelementes wird in der Widerstandsmessschaltung ein periodisches Ausgangssignal, nachstehend Drehzahlgebersignal 52 genannt, erzeugt, das wiederrum von der zu messenden Drehzahl abhängig ist. Dieses Drehzahlgebersignal 52 kann dann einer elektronischen Auswerteeinrichtung 54 zugeführt werden, die die Gesamtmasse mFZG des Fahrrades 2 bestimmt und entsprechend den Begrenzungswert für die Gesamtantriebskraft 40 und damit die von der Gesamtantriebskraft 40 abhängige Beschleunigung a des Fahrrades 2 festlegt.The reading head 46 includes a magnetoresistive device that changes its electrical resistance in response to a magnetic field passing through it. To record the speed or the cadence is the change in the angular position of the encoder disc 44 and thus the change in the electrical resistance of the reading head 46 detected. For this purpose, the magnetoresistive device in the read head 46 be connected in a conventional manner to a resistance measuring circuit, not shown, such as a bridge circuit known per se. Depending on the electrical resistance of the magnetoresistive component, a periodic output signal, hereinafter the tachometer signal, is produced in the resistance measuring circuit 52 called generated, which in turn depends on the speed to be measured. This speed sensor signal 52 can then an electronic evaluation 54 be fed, the total mass m FZG of the bicycle 2 determined and according to the limit value for the total driving force 40 and with that of the total driving force 40 dependent acceleration a of the bicycle 2 sets.

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  • DE 102008031438 A1 [0002] DE 102008031438 A1 [0002]
  • DE 102011087544 A1 [0032] DE 102011087544 A1 [0032]

Claims (10)

Verfahren zum Ansteuern eines Hilfsantriebs (4) eines auf wenigstens einem Rad (8, 10) getragenen Fahrrades (2), das durch eine Trittkraft (25‘) eines Fahrers (23) und eine vom Hilfsantrieb (4) aufgebrachte Hilfskraft (34‘) antreibbar ist, umfassend: – Einstellen der Hilfskraft (34‘) derart, dass eine Gesamtantriebskraft (40) aus einer Summe der Trittkraft (25‘) und der Hilfskraft (34‘) einer vorbestimmten Bedingung (48) genügt.Method for controlling an auxiliary drive ( 4 ) one on at least one wheel ( 8th . 10 ) carried bicycle ( 2 ), which by a pedaling force ( 25 ' ) of a driver ( 23 ) and one of the auxiliary drive ( 4 ) Applied auxiliary force ( 34 ' ), comprising: - adjusting the assistant ( 34 ' ) such that a total driving force ( 40 ) from a sum of the pedaling force ( 25 ' ) and the assistant ( 34 ' ) a predetermined condition ( 48 ) enough. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Erfassen einer Beschleunigung (a) des Fahrrades (2), wobei die vorbestimmte Bedingung (48) ein Begrenzungswert für die erfasste Beschleunigung (a) ist.Method according to claim 1, comprising: detecting an acceleration (a) of the bicycle ( 2 ), the predetermined condition ( 48 ) is a limiting value for the detected acceleration (a). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Beschleunigung (a) in Abhängigkeit einer Drehzahl des Rades (8, 10) erfasst wird.Method according to Claim 2, in which the acceleration (a) is dependent on a rotational speed of the wheel ( 8th . 10 ) is detected. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, umfassend: – Bestimmen des Begrenzungswerts (48) in Abhängigkeit einer Gesamtmasse (mFzg) des Fahrrades (2) mit dem Fahrer (23).Method according to claim 2 or 3, comprising: - determining the limit value ( 48 ) as a function of a total mass (m Fzg ) of the bicycle ( 2 ) with the driver ( 23 ). Verfahren nach Anspruch 4, umfassend: – Bestimmen der Gesamtmasse (mFzg) basierend auf einer Gegenüberstellung der Gesamtantriebskraft (40) und der auf das Fahrrad (2) wirkenden Beschleunigung (a).Method according to claim 4, comprising: determining the total mass (m Fzg ) based on a comparison of the total driving force ( 40 ) and on the bike ( 2 ) acting acceleration (a). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: – Bestimmen wenigstens der Trittkraft (25‘) des Fahrers basierend auf einem Trittmoment (25) des Fahrers (23).Method according to one of the preceding claims, comprising: determining at least the pedaling force ( 25 ' ) of the driver based on a kicking moment ( 25 ) of the driver ( 23 ). Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Trittkraft (25‘) vom Trittmoment (25) über eine Proportionalitätskonstante (ü/RRad) abhängig ist. Method according to claim 6, wherein the pedaling force ( 25 ' ) of the moment of kicking ( 25 ) is dependent on a proportionality constant (ü / R Rad ). Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Proportionalitätskonstante (ü/RRad) von einer Übersetzung (ü) einer Trittfrequenz des Fahrers (23) auf die Drehzahl des Rades (8, 10) abhängig ist.Method according to claim 7, wherein the proportionality constant (/ / R rad ) is determined by a ratio ()) of a cadence of the driver ( 23 ) on the speed of the wheel ( 8th . 10 ) is dependent. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zum Begrenzen der Gesamtantriebskraft (40) die Übersetzung (ü) verändert wird.Method according to claim 8, wherein for limiting the total driving force ( 40 ) the translation (ü) is changed. Steuervorrichtung (54) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche. Control device ( 54 ) for carrying out a method according to any one of the preceding claims.
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