DE102016210335B4 - Hybrid bicycle and method for controlling a drive motor of a hybrid bicycle - Google Patents
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Abstract
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
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
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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
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:
(this means:
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.
-
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
In
In
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
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