DE102016210335B4 - Hybrid bicycle and method for controlling a drive motor of a hybrid bicycle - Google Patents

Hybrid bicycle and method for controlling a drive motor of a hybrid bicycle Download PDF

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DE102016210335B4 DE102016210335.0A DE102016210335A DE102016210335B4 DE 102016210335 B4 DE102016210335 B4 DE 102016210335B4 DE 102016210335 A DE102016210335 A DE 102016210335A DE 102016210335 B4 DE102016210335 B4 DE 102016210335B4
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Hybrid-Fahrrad, das durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben wird, umfassend einen Generator (2) sowie Pedale (40), die mit dem Generator (2) verbunden sind zum Aufbringen eines Generatordrehmoments (G) an dem Generator (2) durch einen Fahrer zum Antreiben des Generators (2), sowie einen Antriebsmotor (3), der mit einem Antriebsrad (7) des Fahrrads verbunden ist zum Antreiben des Antriebsrads (7), sowie eine Batterie (5) zum Versorgen des Antriebsmotors (3), wobei der Generator (2), der Antriebsmotor (3) und die Batterie (5) elektrisch miteinander verbunden sind, sowie eine Steuereinrichtung (1), die dazu ausgebildet ist, einen Wert des Generatordrehmoments (G) zu ermitteln und über eine vorgegebenen Funktion aus dem ermittelten Wert des Generatordrehmoments (G) ein Soll-Antriebsdrehmoment (A2) zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, den Antriebsmotor (3) zum Gewährleisten des Soll-Antriebsdrehmoments (A2) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, das Generatordrehmoment (G) über einen Winkelabschnitt hinweg, den die Pedale (40) durchlaufen, zu messen und daraus einen Mittelwert des Generatordrehmoments (G) zu bilden und aus dem Mittelwert den Wert des Generatordrehmoments (G) zu ermitteln.Hybrid bicycle powered by muscle power and electrical energy, comprising a generator (2) and pedals (40) connected to the generator (2) for applying a generator torque (G) to the generator (2) by a rider for driving the generator (2), and a drive motor (3) which is connected to a drive wheel (7) of the bicycle for driving the drive wheel (7), and a battery (5) for supplying the drive motor (3), the Generator (2), the drive motor (3) and the battery (5) are electrically connected to each other, as well as a control device (1) which is designed to determine a value of the generator torque (G) and from the determined via a predetermined function Value of the generator torque (G) to determine a target drive torque (A2), the control device (1) being designed to control the drive motor (3) to ensure the target drive torque (A2), characterized in that ss the control device (1) is designed to measure the generator torque (G) over an angular segment that the pedals (40) pass through and to form an average value of the generator torque (G) therefrom and from the average value the value of the generator torque ( G) to be determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Fahrrad, das durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsmotors eines Hybrid-Fahrrads.The invention relates to a hybrid bicycle that is driven by muscle power and electrical energy, according to the preamble of claim 1, and to a method for controlling a drive motor of a hybrid bicycle.

Herkömmliche Fahrräder weisen Pedale auf, die an einer Achse eines Tretlagers montiert sind und somit über das Tretlager geführt sind. Dabei sind die Pedale jeweils über einen Tretlagerarm mit der Achse des Tretlagers verbunden. Der Antrieb des herkömmlichen Fahrrads erfolgt dadurch, dass die Pedale jeweils mit dem Tretlagerarm um die Tretlagerachse gedreht werden und diese Drehbewegung unmittelbar auf ein Antriebsrad übertragen wird, beispielsweise über eine Kette.Conventional bicycles have pedals which are mounted on an axle of a bottom bracket and are thus guided over the bottom bracket. The pedals are each connected to the axle of the bottom bracket via a bottom bracket arm. The conventional bicycle is driven in that the pedals are rotated with the bottom bracket arm around the bottom bracket axle and this rotary movement is transmitted directly to a drive wheel, for example via a chain.

Dabei erzeugt der Fahrer durch Aufbringen seiner Muskelkraft auf die Pedale aufgrund der Verbindung der Pedale über den Tretlagerarm mit der Achse des Tretlagers ein Pedaldrehmoment, das sich aus der auf die Pedale aufgebrachten Kraft und die Länge des Tretlagerarms zwischen Pedale und Achse ergibt. Das Drehmoment und die Leistung, die ein Fahrer mittels Muskelkraft auf die Pedale aufbringt, werden somit unmittelbar an das Antriebsrad weitergegeben, so dass der durch den Fahrer spürbare Antrieb des Fahrrads dem von ihm investierten Aufwand, nämlich seiner aufgebrachten Muskelkraft, entspricht. Bei gattungsgemäßen Hybrid-Fahrrädern, die durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben werden, erfolgt hingegen der Antrieb des Antriebsrads nicht unmittelbar durch die Pedale sondern zumindest teilweise durch einen elektrischen Antriebsmotor. Bei seriellhybriden Fahrrädern erfolgt der Antrieb des Antriebsrads ausschließlich durch einen elektrischen Antriebsmotor, der durch eine Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Pedale betreiben hingegen ausschließlich einen Generator, so dass durch die Muskelkraft elektrische Energie erzeugt wird, die wahlweise der Batterie und/oder dem Antriebsmotor zugeführt wird.By applying muscle power to the pedals, the driver generates a pedal torque due to the connection of the pedals via the bottom bracket arm with the axle of the bottom bracket bracket, which results from the force applied to the pedals and the length of the bottom bracket arm between the pedals and the axle. The torque and the power that a rider applies to the pedals by means of muscle power are thus passed on directly to the drive wheel, so that the drive of the bike that the rider can feel corresponds to the effort he has invested, namely the muscle power he has used. In the case of hybrid bicycles of the generic type which are driven by muscle power and electrical energy, however, the drive wheel is not driven directly by the pedals but at least partially by an electric drive motor. In the case of serial hybrid bicycles, the drive wheel is driven exclusively by an electric drive motor that is supplied with electrical energy by a battery. The pedals, on the other hand, only operate a generator, so that electrical energy is generated by muscle power, which is optionally fed to the battery and / or the drive motor.

Aus DE 10 2011 082 082 A1 ist beispielsweise ein seriell hybrides Fahrrad bekannt, bei dem die Pedale ausschließlich einen Generator betreiben, wobei das Antriebsrad ausschließlich durch einen Antriebsmotor angetrieben wird. Bei dem Fahrrad ist eine Soll-Pedaldrehzahl oder ein Soll-Pedaldrehmoment eingebbar, wobei der Generator dem Tretlagerarm und somit der Pedale einen solchen Rotationswiderstand bezogen auf eine Rotation um die Achse des Tretlagers entgegensetzt, dass der Sollwert durch den Fahrer erreicht wird.Out DE 10 2011 082 082 A1 For example, a serial hybrid bicycle is known in which the pedals operate exclusively a generator, the drive wheel being driven exclusively by a drive motor. In the case of the bicycle, a target pedal speed or a target pedal torque can be entered, the generator opposing the bottom bracket arm and thus the pedals with such a rotational resistance based on a rotation around the axis of the bottom bracket that the target value is achieved by the rider.

Aus JP H10 - 114 293 A ist bekannt, aufgrund eines unrunden Tritts eines Fahrers auftretende Unregelmäßigkeiten bei dem von dem Fahrer aufgebrachten Pedaldrehmoment zu ermitteln und den Antriebsmotor so anzusteuern, dass entsprechende Unregelmäßigkeiten bei der von dem Antriebsmotor aufgebrachten Antriebsleistung möglichst gering sind.Out JP H10-114 293 A It is known to determine irregularities in the pedal torque applied by the driver due to an irregular step by a driver and to control the drive motor in such a way that corresponding irregularities in the drive power applied by the drive motor are as low as possible.

Aus DE 10 2014 206 818 A1 ist bekannt, die Winkellage der Pedale bezogen auf eine Rotation um die Achse des Tretlagers zu ermitteln und das zu jeder ermittelten Winkellage aufgebrachte Pedaldrehmoment zu ermitteln und abzuspeichern, wobei hieraus ein Soll-Antriebsdrehmoment bestimmt wird, mit dem der Antriebsmotor das Antriebsrad antreiben soll.Out DE 10 2014 206 818 A1 It is known to determine the angular position of the pedals based on a rotation around the axis of the bottom bracket and to determine and store the pedal torque applied to each determined angular position, a target drive torque with which the drive motor is to drive the drive wheel is determined from this.

Bei gattungsgemäßen Hybrid-Fahrrädern muss somit stets eine intelligente Ansteuerung des Antriebsmotors erfolgen, damit die Antriebsleistung, die der Antriebsmotor dem Antriebsrad zuführt, der Antriebsleistung entspricht, die der Fahrer wünscht und die der Fahrer üblicherweise -wie er es von herkömmlichen Fahrrädern gewohnt ist- über bewussten Einsatz seiner Muskelkraft an den Pedalen vorgeben möchte.In hybrid bicycles of the generic type, the drive motor must always be controlled intelligently so that the drive power that the drive motor supplies to the drive wheel corresponds to the drive power that the driver wants and that the driver usually - as he is used to from conventional bicycles would like to pretend conscious use of his muscular strength on the pedals.

Üblicherweise erfolgt die hierzu erforderliche Vorgabe der Antriebsleistung dadurch, dass die Antriebsleistung in direkter Abhängigkeit von dem von dem Fahrer aufgebrachten Generatordrehmoment festgelegt wird. Dadurch kann sichergestellt sein, dass die Antriebsleistung, mit der das Antriebsrad angetrieben wird, sich genau in dem Verhältnis verändert, in dem sich die Kraft und damit das Generatordrehmoment verändert, das der Fahrer seinem Wunsch gemäß durch seine Muskelkraft auf die Pedale aufbringt. Allerdings versteht sich von selbst, dass ein Hybrid-Fahrrad gerade dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der Batterie die Muskelkraft zu verstärken. Dies bedeutet, dass die Antriebsleistung selbstverständlich größer ist als die durch den Fahrer aufgebrachte Muskelleistung, da hierin der Sinn und Zweck eines Hybrid-Fahrrads besteht. Üblicherweise kann durch einen Fahrer der Verstärkungsfaktor zwischen Fahrerleistung und Antriebsleistung vorgegeben werden, der den Verstärkungsfaktor zwischen aufgebrachtem Generatordrehmoment und proportional daraus ermittelter Antriebsleistung wiederspiegelt. Da jedoch das Generatordrehmoment bei einem jeden Fahrrad in Abhängigkeit von der Winkellage der Pedale variiert, ergibt sich hieraus ein unruhiges Fahrverhalten des Hybrid-Fahrrads, da die Variation des Generatordrehmoments durch den Verstärkungsfaktor entsprechend verstärkt wird. Dies wird bei gattungsgemäßen Hybrid-Fahrrädern jedoch hingenommen, da der möglichst exakten Korrelierung zwischen aufgebrachter Muskelkraft und an dem Antriebsrad anliegender Antriebsleistung höchste Priorität zugeordnet wird.Usually, the specification of the drive power required for this takes place in that the drive power is determined as a direct function of the generator torque applied by the driver. This can ensure that the drive power with which the drive wheel is driven changes exactly in the ratio in which the force and thus the generator torque changes, which the driver applies to the pedals through his muscle power according to his wishes. However, it goes without saying that a hybrid bike is designed to use the battery to increase muscle strength. This means that the drive power is of course greater than the muscle power applied by the rider, since this is the whole point and purpose of a hybrid bicycle. Usually, a driver can specify the gain factor between driver power and drive power, which reflects the gain factor between the generator torque applied and the drive power determined proportionally therefrom. However, since the generator torque varies with each bicycle as a function of the angular position of the pedals, the hybrid bicycle has uneven driving behavior, since the variation in the generator torque is correspondingly increased by the gain factor. However, this is accepted in the case of hybrid bicycles of the generic type, since the highest possible priority is assigned to the most exact possible correlation between the applied muscle power and the drive power applied to the drive wheel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hybrid-Fahrrad bereitzustellen, das die beschriebenen Probleme und Nachteile herkömmlicher Hybrid-Fahrräder zumindest teilweise behebt. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern des Antriebsmotors eines Hybrid-Fahrrads bereitzustellen, das die beschriebenen Probleme und Nachteile zumindest teilweise behebt.The present invention has for its object to provide a hybrid bicycle that the at least partially eliminates the problems and disadvantages of conventional hybrid bicycles described above. Furthermore, the present invention is based on the object of providing a method for controlling the drive motor of a hybrid bicycle which at least partially eliminates the problems and disadvantages described.

Als eine Lösung zumindest einer der genannten Aufgaben schlägt die Erfindung ein Hybrid-Fahrrad mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad ist durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben und insbesondere als seriell-hybrid angetriebenes Hybrid-Fahrrad ausgebildet. Ein seriell-hybrid angetriebenes Hybrid-Fahrrad zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebsrad ausschließlich durch den Antriebsmotor des Hybrid-Fahrrads angetrieben wird und nicht unmittelbar durch die Pedale, die stattdessen ausschließlich einen Generator antreiben. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad umfasst einen Generator sowie Pedale, die mit dem Generator verbunden sind zum Aufbringen eines Generatordrehmoments an dem Generator durch einen Fahrer zum Antreiben des Generators. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad umfasst ferner einen Antriebsmotor, der mit einem Antriebsrad des Fahrrads verbunden ist zum Antreiben des Antriebsrads. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad umfasst ferner eine Batterie zum Versorgen des Antriebsmotors. Die Batterie ist ein Energiespeicher für elektrische Energie und kann beispielsweise als herkömmlicher Nickelmetallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein. Der Generator, der Antriebsmotor und die Batterie sind elektrisch so miteinander verbunden, dass die Batterie den Antriebsmotor mit elektrischer Energie speisen kann und der Generator die Batterie mit elektrischer Energie speisen kann. In einer Ausführungsform sind auch Generator und Antriebsmotor so miteinander verbunden, dass der Generator den Antriebsmotor unmittelbar mit elektrischer Energie versorgen kann. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Wert des Generatordrehmoments zu ermitteln und über eine vorgegebene Funktion aus dem ermittelten Wert des Generatordrehmoments ein Soll-Antriebsdrehmoment zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Antriebsmotor zum Gewährleisten des Soll-Antriebsdrehmoments anzusteuern. Die Steuereinrichtung ist somit selbstverständlich ebenfalls mit dem Generator und dem Antriebsmotor elektrisch verbunden, damit sie das Generatordrehmoment ermitteln und den Antriebsmotor ansteuern kann. In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ferner mit der Batterie elektrisch verbunden und steuert die Verteilung der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie zwischen dem Antriebsmotor und der Batterie. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das Generatordrehmoment über einen Winkelabschnitt hinweg, den die Pedale durchlaufen, durchgehend zu messen und daraus einen Mittelwert des Generatordrehmoments zu bilden und aus dem Mittelwert den Wert des Generatordrehmoments zu ermitteln. Bei dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad wird somit nicht stets ein momentaner Wert des Generatordrehmoments, der einer momentanen Winkellage der Pedale am Tretlager entspricht, als Basis zum Ermitteln des vorzugebenden Soll-Antriebsdrehmoments des Antriebsmotors verwendet, sondern es wird das Generatordrehmoment an verschiedenen Winkellagen der Pedale am Tretlager, nämlich über einen Winkelabschnitt hinweg, ermittelt und sodann ein Mittelwert des Generatordrehmoments, den das Generatordrehmoment im Mittel über den gesamten Winkelabschnitt hinweg aufweist, ermittelt und sodann dieser Mittelwert als Grundlage für die Vorgabe des Soll-Antriebsdrehmoments genommen. Die Messungen in dem Winkelabschnitt können an diskreten Winkellagen in dem Winkelabschnitt vorgenommen werden. Die Messung kann auch kontinuierlich erfolgen. Beispielsweise kann die Messung des Generatordrehmoments durch die Steuereinheit bereits dadurch gewährleistet sein, dass die Steuereinheit den Generator auf ein bestimmtes Drehmoment ansteuert, das zum Antreiben des Generators durch die Pedale aufgebracht werden muss, so dass die Steuereinheit das Generatordrehmoment per se kennt. Dank der Erfindung kann somit ein unruhiges Fahrverhalten effektiv vermieden werden, denn Unregelmäßigkeiten des Generatordrehmoments, die durch in Abhängigkeit von der Winkellage unregelmäßiges Aufbringen des Generatordrehmoments über die Pedale durch einen Fahrer bedingt sind, werden nicht im gleichen Maße, zumindest nicht unmittelbar in entsprechende Unregelmäßigkeiten des Soll-Antriebsdrehmoments verwandelt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei der „Winkellage der Pedale“ selbstverständlich stets um die Winkellage der Pedale bezogen auf eine Rotation um die Achse des Tretlagers handelt, da durch diese Rotation der Antrieb durch den Fahrer erfolgt.As a solution to at least one of the objects mentioned, the invention proposes a hybrid bicycle with the features of claim 1. The hybrid bicycle according to the invention is driven by muscle power and electrical energy and is designed, in particular, as a hybrid bicycle driven in series. A hybrid bicycle driven in series is characterized in that the drive wheel is driven exclusively by the drive motor of the hybrid bicycle and not directly by the pedals, which instead exclusively drive a generator. The hybrid bicycle according to the invention comprises a generator and pedals which are connected to the generator for applying a generator torque to the generator by a driver for driving the generator. The hybrid bicycle according to the invention further comprises a drive motor which is connected to a drive wheel of the bicycle for driving the drive wheel. The hybrid bicycle according to the invention also includes a battery for supplying the drive motor. The battery is an energy store for electrical energy and can be designed, for example, as a conventional nickel metal hydride or lithium-ion accumulator. The generator, the drive motor and the battery are electrically connected to one another in such a way that the battery can feed the drive motor with electrical energy and the generator can feed the battery with electrical energy. In one embodiment, the generator and drive motor are also connected to one another in such a way that the generator can supply the drive motor directly with electrical energy. The hybrid bicycle according to the invention further comprises a control device which is designed to determine a value of the generator torque and to use a predetermined function to determine a target drive torque from the determined value of the generator torque, the control device being designed to ensure the drive motor of the target drive torque. The control device is of course also electrically connected to the generator and the drive motor so that it can determine the generator torque and control the drive motor. In one embodiment, the control device is also electrically connected to the battery and controls the distribution of the electrical energy generated by the generator between the drive motor and the battery. According to the invention, the control device is designed to continuously measure the generator torque over an angular segment that the pedals traverse and to form an average value of the generator torque therefrom and to determine the value of the generator torque from the average value. In the hybrid bicycle according to the invention, a current value of the generator torque, which corresponds to a current angular position of the pedals on the bottom bracket, is not always used as the basis for determining the specified target drive torque of the drive motor, but the generator torque is used at different angular positions of the pedals on the Pedal bearing, namely over an angular section, is determined and then a mean value of the generator torque, which the generator torque has on average over the entire angular section, is determined and this mean value is then taken as the basis for specifying the target drive torque. The measurements in the angular section can be made at discrete angular positions in the angular section. The measurement can also be carried out continuously. For example, the measurement of the generator torque by the control unit can already be ensured in that the control unit controls the generator to a specific torque that has to be applied to drive the generator through the pedals, so that the control unit knows the generator torque per se. Thanks to the invention, unsteady driving behavior can thus be effectively avoided, because irregularities in the generator torque, which are caused by a driver applying the generator torque irregularly depending on the angular position via the pedals, are not to the same extent, at least not directly in corresponding irregularities of the Target drive torque converted. At this point it should be noted that the "angular position of the pedals" is of course always the angular position of the pedals in relation to a rotation around the axis of the bottom bracket, since this rotation is used to drive the driver.

Die Erfinder haben erkannt, dass es vorteilhaft ist, als Winkelabschnitt einen Winkel von 0° bis 180°, insbesondere zwischen 60° und 180°, vorzusehen. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass es wegen des Vorsehens von zwei Pedalen an einem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad besonders vorteilhaft ist, den Winkelabschnitt auf 180° festzulegen, da hierdurch bereits dank zweier Pedale sämtliche bei einer Vollumdrehung auftretende Schwankungen des Pedaldrehmoments berücksichtigt werden können. Entsprechend kann dadurch ein Mittelwert des Generatordrehmoments gebildet werden, der dem eigentlichen Fahrwunsch des Fahrers besonders gut entsprechen kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich der Fahrer selbst meist nicht bewusst ist, dass er im Verlauf einer Umdrehung der Pedale ein unterschiedliches Generatordrehmoment erzeugt, sondern dass der Fahrer üblicherweise seine Kraft auf eine gesamte Pedalumdrehung so einteilt, dass sie einem gewünschten Fahrverhalten entspricht. Durch das Festlegen des Winkelabschnitts auf einen Winkel von 180° kann wegen der beiden Pedale somit eine dem Fahrerwunsch besonders gut entsprechende Vorgabe der Antriebsleistung des Antriebsmotors zum Antreiben des Antriebsrads bereitgestellt sein. In anderen Ausführungsformen kann der Winkelabschnitt jedoch auch auf kleinere Winkel festgelegt sein. Dies kann dafür vorteilhaft sein, einen Kompromiss zwischen einem gleichmäßigen Fahrverhalten und einem möglichst raschen Anpassen des Soll-Antriebsdrehmoments an den Wunsch des Fahrers zu gewährleisten. Denn es versteht sich von selbst, dass durch das Vorgeben eines kleineren Winkels für einen Winkelabschnitt der Mittelwert des Generatordrehmoments in kürzeren Abständen ermittelt werden kann, so dass einem sich verändernden Wunsch eines Fahrers nach einem anderen Fahrverhalten beziehungsweise einer anderen Antriebsleistung schneller entsprochen werden kann, wenn kleinere Winkel für den Winkelabschnitt gewählt werden. Als besonders guter Kompromiss hat sich die Festlegung des Winkelabschnitts auf einen Winkel von 60° bis 120°, insbesondere 90° herausgestellt. In einer Ausführungsform weist das Hybrid-Fahrrad einen Vorgabeschalter auf, über den durch den Fahrer der Betrag des Winkels des Winkelabschnitts eingebbar ist. In dieser Ausführungsform kann der Fahrer selbst zwischen einem möglichst gleichmäßigen Fahrverhalten oder der Möglichkeit einer möglichst schnellen Vorgabe der Antriebsleistung in Abhängigkeit seiner aufgebrachten Muskelkraft wählen.The inventors have recognized that it is advantageous to provide an angle of 0 ° to 180 °, in particular between 60 ° and 180 °, as the angle section. The inventors have recognized that, because of the provision of two pedals on a hybrid bicycle according to the invention, it is particularly advantageous to set the angular segment at 180 °, since this means that all the fluctuations in the pedal torque that occur during a full revolution can be taken into account thanks to two pedals. Accordingly, an average value of the generator torque can thereby be formed, which can correspond particularly well to the actual driving request of the driver. It must be taken into account that the driver himself is usually not aware that he generates a different generator torque in the course of one revolution of the pedals, but rather that the driver usually distributes his power over an entire pedal revolution in such a way that it corresponds to a desired driving behavior. By setting the angular section to an angle of 180 °, a specification of the drive power of the drive motor for driving the drive wheel can be provided because of the two pedals, which corresponds particularly well to the driver's request. In other embodiments, however, the angle section can also be set to smaller angles. This can be advantageous for ensuring a compromise between uniform driving behavior and adapting the setpoint drive torque to the driver's request as quickly as possible. Because it goes without saying that by specifying a smaller angle for an angular section, the mean value of the generator torque can be determined at shorter intervals, so that a changing driver's request for a different driving behavior or a different drive power can be met more quickly if smaller angles can be chosen for the angle segment. Establishing the angle section at an angle of 60 ° to 120 °, in particular 90 °, has proven to be a particularly good compromise. In one embodiment, the hybrid bicycle has a default switch, via which the rider can enter the amount of the angle of the angular segment. In this embodiment, the driver himself can choose between driving behavior that is as uniform as possible or the possibility of specifying the drive power as quickly as possible, depending on his applied muscle power.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, zum Ermitteln des Soll-Antriebsdrehmoments den Wert des Generatordrehmoments mit dem gebildeten Mittelwert gleichzusetzen. Dies kann ein besonders gleichmäßiges Antriebsverhalten mit sich bringen. In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, zum Ermitteln des Soll-Antriebsdrehmoments den Wert des Generatordrehmoments durch Summenbildung aus dem gebildeten Mittelwert und einem momentanen gemessenen Generatordrehmoment unter vorgegebener Gewichtung von Mittelwert und momentan gemessenem Generatordrehmoment zu bilden. Dadurch kann gewährleistet sein, dass das Antriebsverhalten zum einen gleichmäßig ist und zum anderen möglichst direkt an sich verändernde Vorgaben durch den Fahrer angepasst werden kann. Durch die Gewichtung kann vorgegeben werden, ob das Antriebsverhalten möglichst gleichmäßig oder möglichst unmittelbar an das momentan aufgebrachte Generatordrehmoment angepasst sein soll. Insbesondere kann die Gewichtung und Summenbildung von Mittelwert und momentan gemessenem Generatordrehmoment bevorzugt stets so vorgegeben sein, dass das Integral von dem Produkt von Winkelgeschwindigkeit ω mit dem aus der Summenbildung gewonnenen Wert des Generatordrehmoments GΣ über den Winkel dφ und die Zeit dt über eine volle Pedalumdrehung mit 360° Drehung und Umlaufzeit T
(das heißt: 0 360 ° 0 T ω ( t , φ ) G Σ ( t , φ ) d t d φ

Figure DE102016210335B4_0001
) dem entsprechenden Integral über das momentan aufgebrachte Generatordrehmoment G (d.h.: 0 360 ° 0 T ω ( t , φ ) G ( t , φ ) d t d φ
Figure DE102016210335B4_0002
) identisch entspricht. In einer Ausführungsform kann das Hybrid-Fahrrad einen Gewichtungsschalter aufweisen, über den durch den Fahrer die Gewichtung vorgebbar ist. Dieser Gewichtungsschalter kann beispielsweise mit dem Vorgabeschalter eine Einheit bilden. In einer Ausführungsform erfasst die Steuereinrichtung die Winkellage der Pedale und ordnet einem Winkelabschnitt, über den der Mittelwert des Generatordrehmoments ermittelt wurde, eine mittlere Winkellage zu, wobei die Steuereinrichtung den Wert des Generatordrehmoments in Abhängigkeit von der mittleren Winkellage und dem gebildeten Mittelwert des Generatordrehmoments festlegt.In one embodiment, the control device is designed to equate the value of the generator torque with the mean value formed in order to determine the setpoint drive torque. This can bring about a particularly uniform drive behavior. In one embodiment, the control device is designed to determine the target drive torque to form the value of the generator torque by summing the mean value and a current measured generator torque with a predetermined weighting of mean value and currently measured generator torque. This ensures that the drive behavior is on the one hand uniform and on the other hand can be adapted as directly as possible to changing specifications by the driver. The weighting can be used to specify whether the drive behavior should be adapted as uniformly as possible or as directly as possible to the currently applied generator torque. In particular, the weighting and summation of the mean value and the currently measured generator torque can preferably always be specified in such a way that the integral of the product of the angular velocity ω with the value of the generator torque G Σ obtained from the summation over the angle dφ and the time dt over a full pedal revolution with 360 ° rotation and rotation time T
(this means: 0 360 ° 0 T ω ( t , φ ) G Σ ( t , φ ) d t d φ
Figure DE102016210335B4_0001
) the corresponding integral over the currently applied generator torque G (ie: 0 360 ° 0 T ω ( t , φ ) G ( t , φ ) d t d φ
Figure DE102016210335B4_0002
) is identical. In one embodiment, the hybrid bicycle can have a weighting switch, via which the weighting can be specified by the rider. This weighting switch can form a unit with the default switch, for example. In one embodiment, the control device detects the angular position of the pedals and assigns a mean angular position to an angular segment over which the mean value of the generator torque was determined, the control device determining the value of the generator torque as a function of the mean angular position and the mean value of the generator torque formed.

In einer Ausführungsform ist die vorgegebene Funktion als eine lineare Funktion A=b*G festgelegt, wobei A das Soll-Antriebsdrehmoment, G das Generatordrehmoment und b ein Verstärkungsfaktor ist, wobei das Hybrid-Fahrrad einen Wahlschalter zum Vorgeben des Verstärkungsfaktors durch den Fahrer aufweist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist zum Übermitteln des Verstärkungsfaktors an die Steuereinrichtung. Die vorgegebene Funktion kann beispielsweise in der Steuereinrichtung gespeichert sein. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel legt die vorgegebene Funktion somit fest, dass das Soll-Antriebsdrehmoment direkt proportional zu dem Wert des Generatordrehmoments ist. Über den Wahlschalter kann ein Fahrer vorgeben, wie sehr er seine Muskelkraft durch den Antriebsmotor verstärkt haben möchte. Entsprechend kann ein Fahrer über den Wahlschalter Einfluss auf das Fahrverhalten des Hybrid-Fahrrads nehmen.In one embodiment, the predetermined function is defined as a linear function A = b * G, where A is the target drive torque, G is the generator torque and b is a gain factor, the hybrid bicycle having a selector switch for the driver to specify the gain factor, which is connected to the control device for transmitting the gain factor to the control device. The predetermined function can be stored in the control device, for example. In the exemplary embodiment described, the predefined function thus defines that the setpoint drive torque is directly proportional to the value of the generator torque. A driver can use the selector switch to specify how much he would like his muscle strength to be increased by the drive motor. Correspondingly, a driver can influence the driving behavior of the hybrid bicycle via the selector switch.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, aus dem Mittelwert des Generatordrehmoments für jede Winkellage der Pedale ein erwartetes Generatordrehmoment zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung zum Ermitteln der Winkellage der Pedale und zum Vergleichen des bei einer bestimmten Winkellage ermittelten Generatordrehmoments mit dem an dieser bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoment ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung insbesondere dazu ausgebildet ist, die vorgegebene Funktion in Abhängigkeit von der Abweichung des bei der bestimmten Winkellage ermittelten Generatordrehmoments von dem bei der bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoment einzustellen. Bei dieser Ausführungsform kann somit das Soll-Antriebsdrehmoment nahezu instantan an eine Veränderung der Kraft, die der Fahrer auf die Pedale aufbringt, angepasst werden, ohne dass hierzu das Ermitteln eines neuen Mittelwerts des Generatordrehmoments abgewartet zu werden braucht. Dies kann insbesondere bei Bremsmanövern vorteilhaft sein, wenn der Fahrer die Kraft abrupt verringert. Bei solchen Bremsmanövern ist es besonders vorteilhaft, wenn das Antriebsdrehmoment möglichst instantan auf 0 absinkt. Indem die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten Mittelwert des Generatordrehmoments einer jeden Winkellage der Pedale ein erwartetes Generatordrehmoment zuordnet und die Abweichung des tatsächlichen momentanen, bei einer bestimmten Winkellage ermittelten Generatordrehmoments von dem an dieser bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoment überwacht, kann die Steuereinrichtung das Soll-Antriebsdrehmoment, das sie dem Antriebsmotor vorgibt, sofort verändern, wenn sie eine entsprechende Abweichung feststellt. Indem die vorgegebene Funktion in Abhängigkeit von der Abweichung eingestellt wird, kann darüber hinaus eine besonders kontinuierliche Anpassung des Soll-Antriebsdrehmoments an die durch Muskelkraft vorgegebenen Wünsche des Fahrers ermöglicht sein.In one embodiment, the control device is designed to determine an expected generator torque from the mean value of the generator torque for each angular position of the pedals, the control device for determining the angular position of the pedals and for comparing the generator torque determined for a specific angular position with the angular position determined for this expected generator torque is formed, wherein the control device is designed in particular to perform the predetermined function as a function of the deviation of the generator torque determined at the specific angular position from the generator torque expected at the specific angular position adjust. In this embodiment, the target drive torque can thus be adapted almost instantaneously to a change in the force that the driver applies to the pedals, without having to wait for a new mean value of the generator torque to be determined. This can be particularly advantageous during braking maneuvers when the driver suddenly reduces the force. In such braking maneuvers it is particularly advantageous if the drive torque drops to 0 as instantaneously as possible. Since the control device assigns an expected generator torque to each angular position of the pedals as a function of the determined mean value of the generator torque and monitors the deviation of the actual current generator torque determined at a specific angular position from the generator torque expected at this specific angular position, the control device can determine the target drive torque that it specifies for the drive motor, immediately change it if it detects a corresponding deviation. By setting the predefined function as a function of the deviation, a particularly continuous adaptation of the setpoint drive torque to the wishes of the driver predefined by muscle power can also be made possible.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, bei dem Unterschreiten des bei einer bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoments durch das bei der bestimmten Winkellage ermittelte Generatordrehmoment um mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz des erwarteten Generatordrehmoments, insbesondere um mehr als 50 %, das momentan ermittelte Generatordrehmoment als Wert des Generatordrehmoments festzulegen. Bei dieser Ausführungsform kann bei einer abrupten Veränderung die Steuereinrichtung dazu übergehen, anstelle des auf dem Mittelwert des Generatordrehmoments basierten Wertes des Generatordrehmoments das jeweils momentan anliegende Generatordrehmoment als Wert des Generatordrehmoments festzulegen, wodurch Veränderungen der Wünsche des Fahrers besonders schnell Rechnung getragen werden kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass sie den Wert des Generatordrehmoments erst dann wieder aus dem Mittelwert des Generatordrehmoments bildet, wenn das momentan ermittelte Generatordrehmoment um weniger als den vorgegebenen Prozentsatz von dem Mittelwert abweicht. Entsprechend kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, zwischen den beschriebenen Zuständen zu wechseln, so dass sie bei einem stark variierenden Generatordrehmoment den Wünschen des Fahrers möglichst schnell nachkommt und bei weniger stark variierendem Generatordrehmoment ein möglichst gleichmäßiges Fahren mit dem Hybrid-Fahrrad ermöglicht.In one exemplary embodiment, the control device is designed to use the generator torque determined at the specific angular position to fall below the expected generator torque at a specific angular position by more than a predetermined percentage of the expected generator torque, in particular by more than 50%, the currently determined generator torque as a value of the generator torque. In this embodiment, in the event of an abrupt change, the control device can switch over to defining the currently applied generator torque as the value of the generator torque instead of the value of the generator torque based on the mean value of the generator torque, whereby changes in the driver's wishes can be taken into account particularly quickly. For example, the control device can be designed in such a way that it only forms the value of the generator torque from the mean value of the generator torque again when the currently determined generator torque deviates from the mean value by less than the specified percentage. Correspondingly, the control device can be designed to switch between the described states, so that it meets the driver's wishes as quickly as possible when the generator torque varies widely and enables the hybrid bike to ride as smoothly as possible when the generator torque fluctuates less.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsmotors eines Hybrid-Fahrrads, das durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben wird, wobei ein Wert eines Generatordrehmoments ermittelt wird und über eine vorgegebene Funktion aus dem ermittelten Wert des Generatordrehmoments ein Soll-Antriebsdrehmoment ermittelt wird, wobei der Antriebsmotor zum Gewährleisten des Antriebsdrehmoments angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird das Generatordrehmoment über einen Winkelabschnitt hinweg, den die Pedale durchlaufen, durchgehend gemessen und daraus ein Mittelwert des Generatordrehmoments gebildet, wobei aus dem gebildeten Mittelwert der Wert des Generatordrehmoments ermittelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad beschriebenen Vorteile mit sich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere vorteilhafte Merkmale aufweisen, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad entsprechend beschrieben wurden.The invention further comprises a method for controlling a drive motor of a hybrid bicycle that is driven by muscle power and electrical energy, a value of a generator torque being determined and a setpoint drive torque being determined from the determined value of the generator torque via a predetermined function, wherein the drive motor is controlled to ensure the drive torque. According to the invention, the generator torque is measured continuously over an angular segment that the pedals pass through and a mean value of the generator torque is formed therefrom, the value of the generator torque being determined from the mean value formed. The method according to the invention brings the advantages described above in connection with the hybrid bicycle according to the invention. The method according to the invention can have further advantageous features that have been described above in connection with the hybrid bicycle according to the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: ein Schema eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrads;
  • 2: Schemata zum Illustrieren der Entstehung und des Verlaufs des Generatordrehmoments in Abhängigkeit von der Winkellage der Pedale;
  • 3: in Schema zur Illustrierung des Verlaufs von Soll-Antriebsdrehmoment und Generatordrehmoment in Abhängigkeit von der Winkellage.
The invention is explained in more detail below with reference to three figures. Show it:
  • 1 : a diagram of a section of a hybrid bicycle according to the invention;
  • 2 : Schemes to illustrate the development and the course of the generator torque as a function of the angular position of the pedals;
  • 3 : in a scheme to illustrate the course of the target drive torque and generator torque as a function of the angular position.

In 1 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrads in einem Schema dargestellt. Das Hybrid-Fahrrad umfasst ein Tretlager 4 mit Pedalen 40. Die Pedale 40 sind mit einem Generator 2 verbunden zum Antreiben des Generators 2, wobei zwischen den Pedalen und dem Generator ein Getriebe, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Untersetzungsgetriebe 400, geschaltet ist. Der Generator 2 ist mit einer Batterie 5 und einem Antriebsmotor 3 verbunden zum Speisen von Batterie 5 und Antriebsmotor 3 mit elektrischer Energie. Das dargestellte Hybrid-Fahrrad umfasst ferner eine Steuereinrichtung 1, die mit dem Generator 2 und dem Antriebsmotor 3 verbunden ist. Batterie 5 und Generator 2 sind vorliegend über die Steuereinrichtung 1 elektronisch mit dem Antriebsmotor 3 verbunden. Die Steuereinrichtung 1 steuert zum einen den Antriebsmotor 3 an und gibt dabei das von dem Antriebsmotor 3 an das Antriebsrad 7 abzugebende Soll-Antriebsdrehmoment A2 vor. Zum anderen steuert die Steuereinrichtung 1 die Verteilung der von dem Generator 2 erzeugten elektrischen Energie zwischen Batterie 5 und Antriebsmotor 3. Die Steuereinrichtung 1 ist ferner mit einem Wahlschalter 8 verbunden, mit dem ein Fahrer Einfluss auf die vorgegebene Funktion nehmen kann. Vorliegend ist die vorgegebene Funktion so eingestellt, dass das Soll-Antriebsdrehmoment A2 über einen Faktor b direkt proportional zu dem Generatordrehmoment G eingestellt wird, wobei der Fahrer den Verstärkungsfaktor b über den Wahlschalter 8 vorgeben kann. Aus 1 ist ferner erkennbar, dass der Antriebsmotor 3 über ein Getriebe 6 mit dem Antriebsrad 7 verbunden ist und somit über das Getriebe 6 seine Antriebsleistung an das Antriebsrad 7 abgibt.In 1 a section of an embodiment of a hybrid bicycle according to the invention is shown in a scheme. The hybrid bike includes a bottom bracket 4th with pedals 40 . The pedals 40 are with a generator 2 connected to drive the generator 2 , with a gear between the pedals and the generator, in the described embodiment a reduction gear 400 , is switched. The generator 2 is with a battery 5 and a drive motor 3 connected for feeding battery 5 and drive motor 3 with electrical energy. The illustrated hybrid bicycle also includes a control device 1 that came with the generator 2 and the drive motor 3 connected is. battery 5 and generator 2 are present via the control device 1 electronically with the drive motor 3 connected. The control device 1 on the one hand controls the drive motor 3 and indicates that from the drive motor 3 to the drive wheel 7th target drive torque to be output A 2 in front. On the other hand, the control device controls 1 the distribution of the generated by the generator 2 generated electrical Energy between battery 5 and drive motor 3 . The control device 1 is also equipped with a selector switch 8th connected, with which a driver can influence the specified function. In the present case, the specified function is set so that the target drive torque A 2 about a factor b directly proportional to the generator torque G is set, the driver adjusting the gain b via the selector switch 8th can pretend. Out 1 it can also be seen that the drive motor 3 via a transmission 6th with the drive wheel 7th is connected and thus via the transmission 6th its drive power to the drive wheel 7th gives.

In 2 umfassend die 2a, 2b und 2c ist die Entstehung des Generatordrehmoments G und der Verlauf des Generatordrehmoments G in Abhängigkeit von der Winkellage dargestellt. In 2a ist schematisch ein Tretlager 4 mit Pedalen 40 dargestellt, wobei die Pedale 40 in unterschiedlichen Winkellagen dargestellt sind. In 2a ist die Rotationsrichtung R der Pedale 40 angegeben sowie die Kraft F', die ein Fahrer üblicherweise auf ein Pedal 40 Abhängigkeit von ihrer Winkellage ausübt. Aus 2a ist deutlich erkennbar, dass die Kraft F' sowohl in ihrer Richtung als auch in ihrem Betrag von der Winkellage der Pedale 40 abhängt. Diese Abhängigkeit der Kraft F' weist das Generatordrehmoment G selbstverständlich identisch auf, da das Generatordrehmoment G der Summe der Pedaldrehmomente G' der beiden Pedale 40 entspricht, wobei das Pedaldrehmoment G' dem Produkt von der Kraft F' mit der Tretlagerarmlänge, das heißt, dem Abstand zwischen Tretlager 4 und Pedal 40, entspricht. In 2b ist der Verlauf des Pedaldrehmoments G' einers Pedals 40 in Abhängigkeit von der Winkellage dargestellt. Die 2b stellt damit den Verlauf des Pedaldrehmoments G' dar, der sich aus 2a ergibt. In 2c ist der Verlauf des Generatordrehmoments G in Abhängigkeit von der Winkellage dargestellt. Das Generatordrehmoment G entspricht der Summe der beiden Pedaldrehmomente G', wobei die beiden Pedaldrehmomente G' in ihrer Abhängigkeit von der Winkellage um einen Winkel von 180° verschoben sind, woraus sich der Verlauf gemäß 2c ergibt. Aus 2c ist somit besonders anschaulich und deutlich die Unregelmäßigkeit des durch einen Fahrer an dem Generator 2 aufgebrachten Generatordrehmoments G ersichtlich.In 2 comprehensive the 2a , 2 B and 2c is the origin of the generator torque G and the course of the generator torque G shown as a function of the angular position. In 2a is schematically a bottom bracket 4th with pedals 40 shown with the pedals 40 are shown in different angular positions. In 2a is the direction of rotation R. the pedals 40 specified as well as the force F ' that a driver usually puts on a pedal 40 Depending on their angular position. Out 2a can clearly be seen that the force F ' both in their direction and in their amount from the angular position of the pedals 40 depends. This dependence on force F ' indicates the generator torque G of course identical, since the generator torque G the sum of the pedal torques G' of the two pedals 40 corresponds to, where the pedal torque G' the product of the force F ' with the bottom bracket arm length, that is, the distance between the bottom bracket 4th and pedal 40 , corresponds. In 2 B is the curve of the pedal torque G' of a pedal 40 shown as a function of the angular position. The 2 B thus represents the course of the pedal torque G' that is made up of 2a results. In 2c is the course of the generator torque G shown as a function of the angular position. The generator torque G corresponds to the sum of the two pedal torques G' , the two pedal torques G' are shifted in their dependence on the angular position by an angle of 180 °, from which the course according to 2c results. Out 2c is thus particularly vivid and clear the irregularity of the driver on the generator 2 applied generator torque G evident.

In 3 ist der Verlauf des Generatordrehmoments G gemäß 2c sowie der über eine Vollumdrehung durch Mittelwertbildungen über jeweils einen Winkelabschnitt von 180° ermittelte Mittelwert G̅ dargestellt. Darüber hinaus ist das Soll-Antriebsdrehmoment A1 , das bei einem herkömmlichen Hybrid-Fahrrad durch die Steuereinrichtung 1 bestimmt wird, sowie das Soll-Antriebsdrehmoment A2 , auf das die Steuereinrichtung 1 bei einem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad den Antriebsmotor 3 ansteuert, dargestellt. Sowohl bei dem herkömmlichen Hybrid-Fahrrad als auch bei dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad ist die Steuereinrichtung 1 dazu ausgebildet, dass Soll-Antriebsdrehmoment A1 , A2 auf Basis einer linearen vorgegebenen Funktion aus ermittelten Werten des Generatordrehmoments G zu ermitteln (gemäß A=b*G), wobei b auf den Wert 2,3 festgelegt ist. Bei einem herkömmlichen Hybrid-Fahrrad wird der momentane Betrag des Generatordrehmoments unmittelbar zur Berechnung des Soll-Antriebsdrehmoments A1 verwendet. Aus 3 ist deutlich erkennbar, dass durch den Verstärkungsfaktor b bei einem herkömmlichen Hybrid-Fahrrad die Schwankung des Generatordrehmoments G in Abhängigkeit von der Winkellage für einen Fahrer unangenehm stark verstärkt wird, so dass sich daraus ein unangenehm ruckartiges Fahrverhalten des Hybrid-Fahrrads ergibt. Entsprechend weist die Verlaufskurve des Soll-Antriebsdrehmoments A1 sehr hohe und scharfe Maxima auf. Dagegen ist das bei einem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrrad vorgegebene Soll-Antriebsdrehmoment A2 unabhängig von der Winkellage über die gesamte Drehung von 360° konstant, da der Mittelwert des Generatordrehmoments G̅ in den beiden Winkelabschnitten von je 180° jeweils derselbe ist. Das erfindungsgemäße Hybrid-Fahrrad ermöglicht somit ein angenehmes, kontinuierliches Antreiben des Antriebsrads 7, wobei nicht nur eine Verstärkung der Variation des Generatordrehmoments G in Abhängigkeit von der Winkellage vermieden wird, sondern die Variation des Generatordrehmoments G in Abhängigkeit von der Winkellage im vorliegenden Ausführungsbeispiel sogar vollkommen ausgeglichen wird. Aus 3 ist ferner durch die rechte Skalierung der Verlauf der Antriebsleistung entnehmbar, der direkt proportional zum Soll-Antriebsdrehmoment ist.In 3 is the course of the generator torque G according to 2c as well as the mean value G̅ determined over a full revolution by averaging over an angular segment of 180 °. In addition, is the target drive torque A 1 , which in a conventional hybrid bicycle by the control device 1 is determined, as well as the target drive torque A 2 , to which the control device 1 in a hybrid bicycle according to the invention, the drive motor 3 controls, shown. The control device is in both the conventional hybrid bicycle and the hybrid bicycle according to the invention 1 designed for the target drive torque A 1 , A 2 on the basis of a linear predefined function from determined values of the generator torque G to be determined (according to A = b * G), where b is set to the value 2.3. In the case of a conventional hybrid bicycle, the current amount of the generator torque is used directly to calculate the target drive torque A 1 used. Out 3 it can be clearly seen that by the gain factor b the variation in the generator torque on a conventional hybrid bike G as a function of the angular position is amplified uncomfortably for a driver, so that this results in an uncomfortably jerky driving behavior of the hybrid bicycle. The course curve of the setpoint drive torque shows accordingly A 1 very high and sharp maxima. In contrast, this is the setpoint drive torque specified for a hybrid bicycle according to the invention A 2 independent of the angular position over the entire rotation of 360 ° constant, since the mean value of the generator torque G̅ in the two angular segments of 180 ° each is the same. The hybrid bicycle according to the invention thus enables the drive wheel to be driven comfortably and continuously 7th , not only increasing the variation in the generator torque G is avoided depending on the angular position, but the variation of the generator torque G is even completely compensated depending on the angular position in the present embodiment. Out 3 the right-hand scaling also shows the drive power curve, which is directly proportional to the target drive torque.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SteuereinrichtungControl device
22
Generatorgenerator
33
AntriebsmotorDrive motor
44th
TretlagerBottom bracket
55
Batteriebattery
66th
Getriebetransmission
77th
Antriebsraddrive wheel
88th
WahlschalterSelector switch
4040
PedalePedals
400400
UntersetzungsgetriebeReduction gear
A1 A 1
Soll-Antriebsdrehmoment eines herkömmlichen Hybrid-FahrradsTarget drive torque of a conventional hybrid bicycle
A2 A 2
Soll-Antriebsdrehmoment des erfindungsgemäßen Hybrid-FahrradsTarget drive torque of the hybrid bicycle according to the invention
bb
VerstärkungsfaktorGain factor
F'F '
Kraftforce
GG
GeneratordrehmomentGenerator torque
G'G'
PedaldrehmomentPedal torque
GG
MittelwertAverage
RR.
RotationsrichtungDirection of rotation

Claims (10)

Hybrid-Fahrrad, das durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben wird, umfassend einen Generator (2) sowie Pedale (40), die mit dem Generator (2) verbunden sind zum Aufbringen eines Generatordrehmoments (G) an dem Generator (2) durch einen Fahrer zum Antreiben des Generators (2), sowie einen Antriebsmotor (3), der mit einem Antriebsrad (7) des Fahrrads verbunden ist zum Antreiben des Antriebsrads (7), sowie eine Batterie (5) zum Versorgen des Antriebsmotors (3), wobei der Generator (2), der Antriebsmotor (3) und die Batterie (5) elektrisch miteinander verbunden sind, sowie eine Steuereinrichtung (1), die dazu ausgebildet ist, einen Wert des Generatordrehmoments (G) zu ermitteln und über eine vorgegebenen Funktion aus dem ermittelten Wert des Generatordrehmoments (G) ein Soll-Antriebsdrehmoment (A2) zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, den Antriebsmotor (3) zum Gewährleisten des Soll-Antriebsdrehmoments (A2) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, das Generatordrehmoment (G) über einen Winkelabschnitt hinweg, den die Pedale (40) durchlaufen, zu messen und daraus einen Mittelwert des Generatordrehmoments (G) zu bilden und aus dem Mittelwert den Wert des Generatordrehmoments (G) zu ermitteln.Hybrid bicycle powered by muscle power and electrical energy, comprising a generator (2) and pedals (40) connected to the generator (2) for applying a generator torque (G) to the generator (2) by a rider for driving the generator (2), and a drive motor (3) which is connected to a drive wheel (7) of the bicycle for driving the drive wheel (7), and a battery (5) for supplying the drive motor (3), the Generator (2), the drive motor (3) and the battery (5) are electrically connected to one another, as well as a control device (1) which is designed to determine a value of the generator torque (G) and use a predetermined function from the determined Value of the generator torque (G) to determine a target drive torque (A 2 ), the control device (1) being designed to control the drive motor (3) to ensure the target drive torque (A 2 ), characterized that the control device (1) is designed to measure the generator torque (G) over an angular segment that the pedals (40) pass through and to form an average value of the generator torque (G) therefrom and the value of the generator torque from the average value (G) to be determined. Hybrid-Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabschnitt einem Winkel von 0° bis 180° entspricht.Hybrid bike after Claim 1 , characterized in that the angle section corresponds to an angle of 0 ° to 180 °. Hybrid-Fahrrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Fahrrad einen Vorgabeschalter aufweist, über den durch den Fahrer der Betrag des Winkels des Winkelabschnitts eingebbar ist.Hybrid bike after Claim 2 , characterized in that the hybrid bicycle has a default switch via which the rider can enter the amount of the angle of the angular section. Hybrid-Fahrrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, zum Ermitteln des Soll-Antriebsdrehmoments (A2) den Wert des Generatordrehmoments (G) mit dem gebildeten Mittelwert (G) gleichzusetzen.Hybrid bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (1) is designed to determine the setpoint drive torque (A 2 ) the value of the generator torque (G) with the mean value formed ( G ) equate. Hybrid-Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, zum Ermitteln des Soll-Antriebsdrehmoments (A2) den Wert des Generatordrehmoments (G) durch Summenbildung aus dem gebildeten Mittelwert (G) und einem momentan gemessenen Generatordrehmoment (G) unter vorgegebener Gewichtung von Mittelwert (G) und momentan gemessenem Generatordrehmoment (G) zu bilden.Hybrid bike according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the control device (1) is designed to determine the target drive torque (A 2 ) the value of the generator torque (G) by adding up the mean value formed ( G ) and a currently measured generator torque (G) with a given weighting of mean value ( G ) and the currently measured generator torque (G). Hybrid-Fahrrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Fahrrad einen Gewichtungsschalter aufweist, über den durch den Fahrer die Gewichtung vorgebbar ist.Hybrid bike after Claim 5 , characterized in that the hybrid bicycle has a weighting switch, via which the weighting can be specified by the rider. Hybrid-Fahrrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die vorgegebene Funktion eine lineare Funktion A=b*G festgelegt ist, wobei A das Soll-Antriebsdrehmoment, G der Wert des Generatordrehmoments und b ein Verstärkungsfaktor ist, wobei das Hybrid-Fahrrad einen Wahlschalter (8) zum Vorgeben des Verstärkungsfaktors (b) durch den Fahrer aufweist, der mit der Steuereinrichtung (1) verbunden ist zum Übermitteln des Verstärkungsfaktors (b) an die Steuereinrichtung (1).Hybrid bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that a linear function A = b * G is defined as the predetermined function, where A is the target drive torque, G is the value of the generator torque and b is a gain factor, the hybrid Bicycle has a selector switch (8) for specifying the amplification factor (b) by the rider, which is connected to the control device (1) for transmitting the amplification factor (b) to the control device (1). Hybrid-Fahrrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, aus dem Mittelwert (G) des Generatordrehmoments (G) für jede Winkellage der Pedale (40) ein erwartetes Generatordrehmoment (G) zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung (1) zum Ermitteln der Winkellage der Pedale (40) und zum Vergleichen des bei einer bestimmten Winkellage ermittelten Generatordrehmoments (G) mit dem an dieser bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoment (G) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (1) insbesondere dazu ausgebildet ist, die vorgegebene Funktion in Abhängigkeit von der Abweichung des bei der bestimmten Winkellage ermittelten Generatordrehmoments (G) von dem bei der bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoments (G) einzustellen.Hybrid bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (1) is designed to use the mean value ( G ) of the generator torque (G) to determine an expected generator torque (G) for each angular position of the pedals (40), the control device (1) for determining the angular position of the pedals (40) and for comparing the generator torque (G ) is designed with the generator torque (G) expected at this specific angular position, the control device (1) being designed in particular to perform the predetermined function as a function of the deviation of the generator torque (G) determined for the specific angular position from that for the specific angular position expected generator torque (G). Hybrid-Fahrrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, bei dem Unterschreiten des bei einer bestimmten Winkellage erwarteten Generatordrehmoments (G) durch das bei der bestimmten Winkellage ermittelte Generatordrehmoment (G) um mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz des erwarteten Generatordrehmoments (G), insbesondere um 50 %, das momentan ermittelte Generatordrehmoment (G) als Wert des Generatordrehmoments (G) festzulegen.Hybrid bike after Claim 8 , characterized in that the control device (1) is designed to, if the generator torque (G) determined at the specific angular position falls below the expected generator torque (G) at a specific angular position by more than a predetermined percentage of the expected generator torque (G) , in particular by 50%, to set the currently determined generator torque (G) as the value of the generator torque (G). Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsmotors (3) eines Hybrid-Fahrrads, das durch Muskelkraft und elektrische Energie angetrieben wird, wobei ein Wert eines Generatordrehmoments (G) ermittelt wird und über eine vorgegebenen Funktion aus dem ermittelten Wert des Generatordrehmoments (G) ein Soll-Antriebsdrehmoment (A2) ermittelt wird, wobei der Antriebsmotor (3) zum Gewährleisten des Soll-Antriebsdrehmoments angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatordrehmoment (G) über einen Winkelabschnitt hinweg, den die Pedale (40) durchlaufen, durchgehend gemessen wird und daraus ein Mittelwert (G) des Generatordrehmoments (G) gebildet wird und aus dem Mittelwert (G) der Wert des Generatordrehmoments (G) ermittelt wird.Method for controlling a drive motor (3) of a hybrid bicycle, which is driven by muscle power and electrical energy, whereby a value of a generator torque (G) is determined and a setpoint drive torque is determined from the determined value of the generator torque (G) via a predetermined function (A 2 ) is determined, the The drive motor (3) is controlled to ensure the target drive torque, characterized in that the generator torque (G) is measured continuously over an angular segment through which the pedals (40) pass and a mean value ( G ) of the generator torque (G) and from the mean value ( G ) the value of the generator torque (G) is determined.
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