DE102016211659B4

DE102016211659B4 - Verfahren zur Kompenstation von Trägheits- und Rotationsverlusten im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang eines Elektrofahrrads sowie entsprechend ausgebildetes Produkt

Info

Publication number: DE102016211659B4
Application number: DE102016211659.2A
Authority: DE
Inventors: Steven L. Hayslett; Goro Tamai
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: US9637197B2; BR102016014784A2; CA2933409A1; CN106314667A; CN106314667B; DE102016211659A1; US20170001682A1

Abstract

Produkt, das Folgendes umfasst:Antriebsstrang (68) eines Elektrofahrrads (20), umfassend:einen Motor (56);mindestens einen Zahnradsatz (76), der operativ mit dem Motor (56) verbunden ist;ein Kettenblatt (48), der operativ mit dem Zahnradsatz (76) und einer Kette (50) verbunden ist;ein hinteres Ritzel (52), das operativ mit dem Kettenblatt (48) und der hinteren Nabe (54) verbunden ist;eine Kurbelwelle (134), die operativ mit dem Kettenblatt (48), einer ersten Pedalbaugruppe (40) und einer zweiten Pedalbaugruppe (44) verbunden ist; undmindestens einer Steuerung (60) und mindestens einem Sensor (96, 98, 100, 102) eine, wobei die Steuerung (60) so konstruiert und angebracht ist, dass ein oder mehrere Signale des Sensors (96, 98, 100, 102) so verarbeitet werden, dass auf den Motor (56) ein Drehmoment ausgeübt wird, um Trägheits- und Rotationsverlust im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) des Elektrofahrrads (20) zu kompensieren; dadurch gekennzeichnet , dassder Sensor (96, 98, 100, 102) und die Steuerung (60) mindestens eine Motorgeschwindigkeit, eine Motortemperatur, eine Motorbeschleunigung, eine Kadenz, eine Kurbelwellenposition und ein Kurbelwellendrehmoment feststellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zur Kompensation von Trägheits- und Rotationsverlusten im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang eines Elektrofahrrads sowie ein entsprechend ausgebildetes Produkt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Produkt geht der Art nach im Wesentlichen aus den Druckschriften WO 2012 / 041 891 A1 und JP H08 - 275 583 A hervor.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die DE 197 32 468 A1 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Fahrverhalten eines Elektrofahrrads dahingehend zu verbessern, dass der Fahrer des Elektrofahrrads nicht das Gefühl hat, gegen eine zusätzliche Kraft der Trägheits- und Rotationsverluste des elektrischen Antriebsstrangs des Elektrofahrrads treten zu müssen.
Diese Aufgabe wird mit einem Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Das Produkt beinhaltet: einen Antriebsstrang für ein Elektrofahrrad, das Folgendes umfasst: mindestens einen Zahnradsatz, der operativ mit dem Motor verbunden ist; ein Kettenblatt, das operativ mit dem Zahnradsatz und der Kette verbunden ist; ein hinteres Ritzel, das operativ mit dem Kettenblatt und der hinteren Nabe verbunden ist; eine Kurbelwelle, die operativ mit dem Kettenblatt, einer ersten Pedalbaugruppe und einer zweiten Pedalbaugruppe verbunden ist; eine Steuerung und einen Sensor, wobei die Steuerung so konstruiert und angeordnet ist, dass sie ein oder mehrere Signale von dem Sensor verarbeitet, um ein Drehmoment auf den Motor auszuüben, um Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang des Elektrofahrrads zu kompensieren.
Ausgewählte Beispiele von Variationen der Erfindung werden vollständiger aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verstanden, wobei:

1 eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
2 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrad-Antriebsstrangs gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
3 ein Muster der Pedalkraft gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
4 eine Regelkarte für ein Kompensationssystem für Trägheits- und Rotationsverlust gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
5 eine Kurve einer statischen Schubkraft gegenüber Kurbelwellenwinkel für Vorwärts- und Rückwärtsfahren eines Fahrrads ohne elektrischen Antriebsstrang gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
6 eine Leistungskurve gegenüber einer Geschwindigkeitskurve gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
7 einen Kontrollalgorithmus gemäß einer Reihe von Variationen veranschau licht.
8 eine Regelkarte für ein Kompensationssystem für Trägheits- und Rotationsverlust unter Verwendung einer Zuordnungstabelle gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
9 eine Drehmomentkurve gegenüber einer Zeitkurve gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
10 eine kalkulierte Fülle von Drehmomentsignalen nach einer Pedalkraftumsetzung gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.
11 eine schematische Darstellung eines mechanischen Mechanismus gemäß einer Reihe von Variationen veranschaulicht.

1 veranschaulicht ein Elektrofahrrad 20. Das Elektrofahrrad 20 umfasst einen Rahmen 22, der ein Oberrohr 24 beinhaltet, das mit einem Sitzrohr 26 verbunden ist. Ein Gabelschaft 28 erstreckt sich vom Oberrohr 24. Der Gabelschaft 28 kann operativ mit einer Vorderradgabel 30 verbunden sein, die an einem Vorderrad 32 montiert sein kann. Eine Lenkstange 34 ist am Gabelschaft 28 angebracht und wird zum Bestimmen der Richtung des Vorderrads 32 mithilfe der Vorderradgabel 30 verwendet. Das Elektrofahrrad 20 umfasst zudem eine Kurbelgarnitur 36, die eine Kurbelwelle 38 mit einer ersten Pedalbaugruppe 40 und einer zweiten Pedalbaugruppe 44, die damit verbunden sind, beinhaltet. Die erste Pedalbaugruppe 40 umfasst ein erstes Fußpedal 42, und die zweite Pedalbaugruppe 44 umfasst ein zweites Fußpedal 46. Ein Kettenblatt oder Ritzel 48 CR ist operativ mit der Kurbelwelle 38 verbunden, um eine Kette 50 anzutreiben, die operativ mit einem Hinterradritzel 52 verbunden ist, das operativ mit einer Hinterradnabe 54 eines Hinterrads 55 verbunden ist. Ein Motor/Generator 56 ist operativ mit der Kurbelwelle 38 verbunden. Jede Art Elektromotor kann verwendet werden, unter anderem auch ein bürstenloser Radnabenmotor. Der Motor 56 beinhaltet einen Stator 70 und einen Rotor 72. Der Rotor 72 rotiert innerhalb des Stators 70 und enthält einen Elektromagneten. Der Motor 56 wird durch eine beliebige Anzahl von Akkueinheiten mit Strom versorgt. Der Rotor 72 ist in einer beliebigen Anzahl an Variationen ringförmig und enthält einen oder mehrere Permanentmagneten, die innerhalb des Rotors 72 rotieren und sich drehen. Der Rotor 72 ist so konstruiert und angebrachtkann, dass er innerhalb des Stators 70 schwebt. Eine Steuerung 60 wird verwendet, um Geschwindigkeit, Richtung und/oder Bremsung des Motors/Generators 56 zu variieren. Bei einigen Variationen wechselt die Steuerung 60 die Polarität jedes Pols jedes Mal dann, wenn ein Magnet auf dem Rotor 72 den Pol auf dem Stator 70 passiert. Wenn die Polarität gewechselt wird, wird der Magnet vom nächsten Pol angezogen und kann den Pol, den er gerade passiert hat, abstoßen. Dies führt dazu, dass der Rotor 72 im Stator 70 zu rotieren beginnt. Dieser Prozess wird solange wiederholt, wie der Motor/Generator 56 an Strom angeschlossen ist, um den Motor/Generator 56 anzutreiben. Der Elektrozyklus-Antriebsstrang 68 enthält auch einen oder mehrere mechanische Mechanismen 62, 64, die operativ mit verschiedenen Elementen des Elektrozyklus-Antriebsstrangs 68 verbunden sind, um die verschiedenen Elemente zu steuern, die unter anderem folgende umfassen : den ersten und zweiten Pedalaufbau 40, 44, den Kurbeltrieb 36, die hintere Nabe 54 und/oder das Kettenblatt 48.
Das Elektrofahrrad 20 kann ein Fahrrad, Dreirad oder ein vierrädriges Elektrofahrrad mit einer Kurbelgarnitur sein, die so konstruiert und angeordnet ist, dass ein Fahrer mithilfe der ersten Pedalbaugruppe und der zweiten Pedalbaugruppe diesbezüglich eine Eingangsleistung erbringen kann.
Das Elektrofahrrad 20 ist so konstruiert und angeordnet, dass ein Fahrer eine erste und eine zweite Pedalbaugruppe 40, 44 in einer vollumfänglichen Drehung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad 20 mit Strom zu versorgen, oder es kann einem Fahrer gestatten, ein pedalkraftbasiertes Antriebssystem zu nutzen, wobei die erste und die zweite Pedalbaugruppe 40, 44 in einer ungefähr horizontalen Position fixiert sein können, sodass ein Fahrer intuitive Eingabebefehle geben kann, indem er eine Kraft auf das erste Fußpedal 42, das mit der ersten Pedalbaugruppe verbunden ist, oder auf ein zweites Fußpedal 46, das mit der zweiten Pedalbaugruppe verbunden ist, in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausübt. Die Eingabebefehle sind für den Fahrer intuitiv und können ähnlich wie beim Fahren eines unmotorisierten Fahrrads sein, wobei der Fahrer durch Ausüben von Kraft auf ein vorwärts positioniertes Fußpedal eine im Uhrzeigersinn wirkende Kraft auf eine Fahrrad-Kurbelgarnitur ausübt, um so das Fahrrad in Vorwärtsrichtung zu bewegen, und wobei der Fahrer das Fahrrad durch Ausüben einer Kraft auf ein rückwärts positioniertes Fußpedal eine entgegen dem Uhrzeigersinn wirkende Kraft auf die Fahrrad-Kurbelgarnitur verlangsamt.
Die Angaben „im Uhrzeigersinn“ und „entgegen dem Uhrzeigersinn“ hierin erfolgen im Verhältnis zur rechten Seite des Elektrofahrrads 20, wobei der Fahrer in Vorwärtsrichtung der Bewegung des Elektrofahrrads 20 blickt.
3 veranschaulicht ein typisches Muster der Pedalkraft 86 eines Fahrrads ohne elektrischen Antriebsstrang. Mit freundlicher Genehmigung von Okajima, Shinpei. (1983). „Designing chainwheels to optimize the human engine." Bike Tech 2, no. 4:1-7. Das Pedalkraftmuster 86 veranschaulicht die Kraft, die durch den Oberschenkel 88, den Unterschenkel 90 und den Fuß 92 beim gewöhnlichen Treten eines Fahrrads ausgeübt wird. 5 veranschaulicht eine statische Schubkraft gegenüber dem Kurbelwinkel zum Vorwärts- und Rückwärtsfahren eines Fahrrads ohne elektrischen Antriebsstrang. Mit freundlicher Genehmigung von Spinnetti, Ramondo. (1987). „Backward versus forward pedaling: Comparison tests." Human Power 6, no. 3:1, 10-12. Die Kräfte, die erforderlich sind, um ein Fahrrad per Pedal zu bewegen, können erhöht sein, wenn das Fahrrad einen elektrischen Antriebsstrang 68 enthält, da der Radfahrer dann stärker treten muss, um Trägheits- und Rotationsverluste zu überwinden, die mit dem elektrischen Antriebsstrang 68 auftreten können. Der Radfahrer kann dies wohl bemerken, wenn die Hilfsstufe des Elektrofahrrads 20 niedrig ist, oder wenn das Elektrofahrrad 20 ohne Hilfe gefahren wird. Bei einigen Variationen kann ein Elektrozyklus-Antriebsstrang 68 ein Kompensationssystem 58 für den Trägheits- und Rotationsverlust umfassen, das die Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem elektrischen Antriebsstrang 68 schätzt und/oder eine Pedalkraftumwandlung durchführt, um ein Drehmoment festzustellen, das auf den Motor 56 angewendet wird, um die Trägheits- und Rotationsverluste des elektrischen Antriebsstrang 68 zu kompensieren, damit der Radfahrer ein natürlicheres Pedalempfinden hat.
Bei einigen Variationen enthält das Kompensationssystem für Trägheits- und Rotationsverluste 58 eine oder mehr Steuerungen 60 und einen oder mehr Sensoren 96, 98, 100, 102, die operativ mit dem Elektrozyklus-Antriebsstrang 68 verbunden sind. Mindestens eine Steuerung 60 enthält einen oder mehrere Steuerungsalgorithmen, Zuordnungstabellen oder Techniken zur Signalverarbeitung, um eine Drehmomentvorgabe 150, 162 zu kalkulieren, die dazu verwendet werden kann, beliebige Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem elektrischen Antriebsstrang 68 zu kompensieren, und die dann an den Motor 56 gesendet werden können. Bei einigen Variationen können eine oder mehrere Steuerungen 60 elektronische Verarbeitungskomponenten enthalten, um Eingabesignale von verschiedenen Sensoren 96, 98, 100, 102 zu empfangen, die verschiedene Bedingungen des Motors 56 und der Kurbelwelle 38 weiterleiten. Diese eine oder mehr Steuerungen 60 können einen Speicher, einen Prozessor und/oder Software oder Hardware enthalten, um die Signale zu verarbeiten, um das Ausmaß der Trägheits- und Rotationsverluste des elektrischen Antriebsstrangs 68 zu schätzen, und/oder um eine Pedalkraftumwandlung durchzuführen, um die Pedalkraft in einen DC-Referenzrahmen zu verarbeiten, sodass Kompensation auf einer durchschnittlichen Basis bearbeitet werden kann. Die Steuerung(en) 60 können auch ein Ausgabesignal oder eine Vorgabe 150, 162 generieren, basierend auf dem geschätzten Drehmomentverlust und der Pedalkraft, und können das Ausgabesignal oder die Vorgabe 150, 162 an den Motor 56 senden, und ein entsprechendes Drehmoment kann auf den Motor 56 angewendet werden, das die Trägheits- und Rotationsverluste des elektrischen Antriebsstrangs 68 kompensiert, sodass der Radfahrer auf dem Elektrofahrrad 20 das elektrische Fahrrad 20 mit einem natürlich Empfinden treten kann, ohne das Gefühl zu haben, gegen eine zusätzliche Kraft der Trägheits- und Rotationsverluste des elektrischen Antriebsstrangs 68 treten zu müssen. Bei einigen Variationen kann oder können die Steuerung(en) 60 Teil eines Computers mit einem bestimmten oder allgemeinen Zweck sein, oder ein solcher spezifischer oder allgemeiner Computer sein.
2 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrad-Antriebsstrangs 68 gemäß einer Reihe von Variationen. Die allgemeine Anordnung des elektrischen Antriebsstrangs 68 in 2 dient nur zu Veranschaulichungszwecken und es wird darauf hingewiesen, dass beliebig viele Antriebsstränge mit beliebigen Kombinationen an Motoren und Zahnradsätzen beliebige Kompensationssystem 58 für Trägheits- und Rotationsverluste enthalten können.
Der Elektrozyklus-Antriebsstrang 68 enthält einen Motor 56 und mindestens einen Zahnradsatz 76, der operativ mit dem Motor 56 und einem Kettenblatt 48 verbunden ist. Eine Kurbelwelle 38 ist operativ mit dem Kettenblatt 48 und einem ersten und einem zweiten Pedalaufbau 40, 44 verbunden sein. Das Kettenblatt 48 ist an eine Kette 50 angebracht, die operativ mit einem hinteren Ritzel 52 verbunden ist, das wiederum operativ mit einer hinteren Nabe 54 verbunden ist, um das Hinterrad 55 anzutreiben. Ein erster Sensor 96 ist operativ an den Stator 70 des Motors 56 angebracht und kann so konstruiert und angeordnet sein, dass er die Temperatur des Motors 56 erkennt. Ein zweiter Sensor 98 ist an einem Erdungselement 82 von mindestens einem Zahnradsatz 76 angebracht, der unter anderem einen Zahnkranz enthält, und der so konstruiert und angeordnet ist, dass er die Temperatur von mindestens einem Zahnradsatz 76 erkennt. Ein dritter Sensor 100 ist operativ an ein zentrales Ritzel 78 von mindestens einem Zahnradsatz 76 angebracht, und kann so konstruiert und angeordnet sein, dass er Position, Geschwindigkeit und Kadenz des Motors 56 erkennt. Ein vierter Sensor 102 wird dazu verwendet werden, Drehmoment, Geschwindigkeit und Rotationsrichtung der Kurbelwelle 38 zu messen. Der vierte Sensor 102 kann operativ an beliebig vielen Stellen angebracht sein. Bei einer anderen Variation kann der vierte Sensor 102 operativ an einen Zahnradsatz angeschlossen sein und dazu verwendet werden, das Reaktionsdrehmoment der Pedaleingabe zu messen. In einer anderen Variation kann der vierte Sensor 102 operativ an die Kurbelwelle 38 angeschlossen sein und dazu verwendet werden, das Reaktionsdrehmoment der Kurbelwelle 38 zu messen.
Bei einigen Variationen können die Sensoren 96, 98, 100, 102 operativ an eine oder mehrere Steuerungen 60 angeschlossen sein und Ausgabesignale verschiedener Messungen an eine oder mehrere Steuerungen 60 bieten, sodass die Steuerung(en) 60 die Daten zur Schätzung der Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs 68 verarbeiten können, und kann dazu verwendet werden, die Pedaleingabe festzustellen.
4 zeigt eine Variation einer Regelkarte 106 für ein Kompensationssystem für Trägheits- und Rotationsverluste 58, das dazu verwendet werden kann, den Trägheits- und Rotationsverlust 108 des elektrischen Antriebsstrangs 68 festzustellen, und um eine Interpretation 110 der Pedaleingabe durchzuführen.
Bei einigen Variationen kann die erforderliche Kompensation des Trägheits- und Rotationsverlustes 108 durch Summierung von mindestens einem Rotationsverlustdrehmoment Tem des Elektromotors 56, des Verlustdrehmoments T_g des belasteten Zahnrads 76 und dem Trägheitsdrehmoment T_i des Elektromotors 56 bzw. des Zahnradsatzes 76 ermittelt werden.
Das Rotationsverlustdrehmoment Tem des Elektromotors kann durch eine beliebige Anzahl an Variationen des ersten Schrittes 112 festgestellt werden. In einer Variation können mindestens ein Sensor 96, 98, 100, 102 und mindestens eine Steuerung 60 dazu verwendet werden, die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors, den Motorverlust Pem und die Motortemperatur tem festzustellen, die in eine Zuordnungstabelle eingegeben werden können, die den geschätzten Drehmomentverlust Tem feststellen kann. Unter Bezugnahme auf 6 können in einer anderen Variation der Motorverlust Pem, die Motortemperatur tem und die Motorwinkelgeschwindigkeit ω in eine Kurve eingegeben werden, die die Leistung gegenüber der Geschwindigkeit aufträgt, um das Rotationsverlustdrehmoment Tem des Motors festzustellen. Wie in 6 gezeigt, kann das Rotationsverlustdrehmoment Tem des Motors ansteigen, wenn die Temperatur sinkt. Bei einer anderen Variation können mindestens ein Sensor 96, 98, 100, 102 und mindestens eine Steuerung 60 das Rotationsverlustdrehmoment T_em des Motors feststellen, indem die Motorwinkelgeschwindigkeit ω und der Motorverlust Pem festgestellt werden, und in die Formel P_em = T_em * ω wenn T_em = P_em / ω eingegeben werden.
Gleichzeitig kann das Verlustdrehmoment des belasteten Zahnrads T_g (das auch den tragenden Drehmomentverlust enthalten kann) in einem zweiten Schritt 114 festgestellt werden. Dies kann bei mehreren Variationen durchgeführt werden. In einer Variation werden mindestens ein Sensor 96, 98, 100, 102 und mindestens eine Steuerung 60 verwendet, um die Motorwinkelgeschwindigkeit ω, den Motorverlust Pem, die Motortemperatur tem und die Zahnradtemperatur t_g festzustellen, und um in die folgende Gleichung P_g = P_t + P_s + P_p + P_d die Motorwinkelgeschwindigkeit ω, den Motorverlust Pem, die Motortemperatur tem und die Zahnradtemperatur t_g einzugeben, um die Leistung der Zahnräder P_g festzustellen, wobei P_t = Rollwiderstand (Funktion des Drehmoments), Gleitwiderstand (Funktion des Drehmoments), P_s = Reibungswiderstand (Funktion der Geschwindigkeit), P_p = Zapfverlust (Funktion der Geschwindigkeit), and P_d = Reibungsverluste (freie Rotationsverluste) sind. Dann kann mit der Formel T_g = P_g / ω das Drehmoment der Zahnräder T_g kalkuliert werden.
Gleichzeitig stellen der zumindest eine Sensor 96, 98, 100 102 und die mindestens eine Steuerung 60 die Motorbeschleunigung α fest, die in einen dritten Schritt 116 eingegeben werden kann, der das Motorträgheitsdrehmoment T_i schätzt. Die mindestens eine Steuerung 60 kann das Motorträgheitsdrehmoment T_i unter Verwendung der Formel T_i = I * α berechnen, wobei I = die Systemträgheit und α = die Winkelbeschleunigung sind. Die Systemträgheit I kann gleich dem Drehimpuls L über der Motorwinkelgeschwindigkeit ω sein.
Bei einigen Variationen kann ein vierter Schritt 118 die Drehmomentsumme T_loss des geschätzten Rotationsverlustdrehmoments des Motors Tem, des geschätzten Verlustdrehmoments des belasteten Zahnrads T_g und des geschätzten Motorträgheitsdrehmoments T_i übernehmen, d.h. T_loss = T_em + T_i + T_g. Eine Drehmomentsumme T_loss kann dann an einen fünften Schritt 120 gesendet werden, sodass eine Drehmomentvorgabe 150 festgestellt werden kann, wie im Anschluss hier besprochen ist.
Bei einigen Variationen kann eine Interpretation der Pedaleingabe 110 durchgeführt werden. In einer Variation können mindestens ein Sensor 96, 98, 100, 102 und mindestens eine Steuerung 60 die Kadenz 146 und die Motorgeschwindigkeit ω feststellen, die in einen sechsten Schritt 122 eingegeben werden, um festzustellen, ob der Motor 56 und die Pedalgestelle 40, 44 synchron durch einen oder mehrere Zahnradsätze 76 laufen. Das kann durch Multiplizieren der Kadenz 146 mit dem Übersetzungsverhältnis unternommen werden, um festzustellen, ob es gleich der Motorgeschwindigkeit ω ± einer vorbestimmten Zahl ist.
Ein siebter Schritt 124 führt eine Pedalkraftumwandlung durch. Die Pedalkraftumwandlung wird verwendet, um das gemessene Eingabedrehmoment (periodisches Signal) an der Kurbelwelle und/oder dem Kraftaufwandrahmen, auf den sich bezogen wird, in eine nichtperiodische Messung oder ein konstantes DC-Signal umzuwandeln. In einer Variation stellt der mindestens ein Sensor 96, 98, 100, 102 eine Position der Kurbelwelle 38 und des Pedaldrehmoments an dieser Position fest. Basierend auf diesen Messungen kann eine periodische Welle des Drehmoments generiert werden, basierend auf dem Verhältnis Drehmoment gegenüber Position der Kurbelwelle 38 (das Drehmoment kann am höchsten sein, wenn sich die Position der Kurbelwelle 38 90 Grad vom oberen Totpunkt (TDC) befindet und kann am niedrigsten sein, wenn sich die Position der Kurbelwelle 38 sowohl am TDC als auch am unteren Totpunkt (BDC) befindet). In einer Variation kann die periodische Welle eine periodische Funktion sein, die unter anderem eine Sinuskurve enthält. In einer anderen Variation können Nichtsinuskurven und Geschwindigkeitsabhängigkeitskurven verwendet werden und mit einer Fourieranalyse oder einer Zuordnungstabelle bearbeitet werden, wie nachstehend besprochen.
Unter Bezugnahme auf 7 enthält bei einigen Variationen eine Steuerung 60 einen Steuerungsalgorithmus 126, der die periodische Welle in den Block 130 eingibt und die periodische Welle in eine nichtperiodische Messung umwandelt. In einer Variation kann die periodische Welle eine Sinuswelle (oder eine Kosinuswelle) sein. Der Sinuswelle kann ein absoluter Wert 132 zugewiesen werden. Der absolute Wert der Sinuswelle 132 und die Drehmomentmessung 134 der Kurbelwelle können dann an einen Trennblock 136 gesendet werden, der die Drehmomentmessung 134 der Kurbelwelle durch den absoluten Wert 132 der Sinuswelle dividiert. Dieser Wert und die Drehmomentmessung der Kurbelwelle 134 können dann verwendet werden, um die Messung Ttrans des Drehmoments der nichtperiodischen Pedalkraft am Scope2-Block 137 festzustellen.
In einer anderen Variation kann eine periodische aber Nichtsinuswelle verwendet und mittels Fourieranalyse bearbeitet werden, die die periodische aber Nichtsinuswelle übernimmt und sie in die Summe oszillierender Sinus- und Kosinusschwingungen zerlegen kann. Die Summierung kann in Form der folgenden Funktion sein: $s_{N} (x) = \frac{a_{0}}{2} + \sum_{n = 1}^{N} (\overset{A_{n} sin (ϕ_{n})}{\overset{︷}{a_{n}}} cos (\frac{2 π n x}{P}) + \overset{A_{n} cos (ϕ_{n})}{\overset{︷}{b_{n}}} sin (\frac{2 π n x}{P}))$
Die Summierung, die die Fourieranalyse verwendet hat, kann dann in den Block 130 im obigen Steuerungsalgorithmus 126 eingegeben werden. Ein absoluter Wert 132 kann dann der Summierung zugewiesen werden. Der absolute Wert 132 der Summierung und die Messung des Kurbelwellendrehmoments 134 können dann an den Trennblock 136 gesendet werden, der die Messung des Kurbelwellendrehmoments 134 durch den absoluten Wert 132 der Summierung dividieren kann. Dieser Wert und die Drehmomentmessung der Kurbelwelle 134 können dann verwendet werden, um die Messung Ttrans des Drehmoments der nichtperiodischen Pedalkraft am Scope2-Block 137 festzustellen.
Bei einigen Variationen erlaubt es die Pedalkraftumwandlung, die Amplitude des Drehmomentwerts in periodischer Position durch das Verhältnis des bekannten Drehmoments gegenüber der Kurbelwellenposition zu jedem Zeitpunkt zu berechnen, wodurch das AC-Signal in ein DC-Signal umgewandelt werden kann. Dies führt zu einer unmittelbaren Generierung oder Änderung einer Drehmomentvorgabe. 9 zeigt eine Drehmoment gegenüber Zeit-Kurve, wobei das Drehmomentsignal gegen ein konstantes Drehmoment aufgestellt worden ist. 10 zeigt die kalkulierte Amplitude des Drehmomentsignals nach einer Pedalkraftumwandlung.
Unter Bezugnahme auf 8 wird in einer anderen Variation die Pedalkraftumwandlung durch eine Zuordnungstabelle für Umwandlungskoeffizienten 138 vorgenommen. Bei einigen Variationen gibt die mindestens eine Steuerung 60 die Kurbelwellengeschwindigkeit 140 und die Kurbelwellenposition 128 in eine Zuordnungstabelle für Umwandlungskoeffizienten 138 ein, um den Umwandlungskoeffizienten festzustellen. Der Wert des Umwandlungskoeffizienten und das Kurbelwellendrehmoment 134 werden dann in einen achten Schritt 142 eingegeben, der den Umwandlungskoeffizienten mit dem Kurbelwellendrehmoment 134 multipliziert.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wendet bei einigen Variationen ein neunter Schritt 143 einen Verstärkungsfaktor auf das Pedalkraftdrehmoment Ttrans an, sodass T_avg = T_trans * Verstärkungsfaktor, wobei der Verstärkungsfaktor = 1/sqrt(2).
Bei einigen Variationen kann ein zehnter Schritt 148 das Pedalkraftdrehmoment mit einem angewandten Verstärkungsfaktor T_avg, die Ausgabe von Schritt 122, ob der Motor 56 und die Pedalgestelle 40, 44 synchron durch einen oder mehrere Zahnradsätze 76 laufen, und die Kadenz 146 übernehmen und kann feststellen, ob die Pedalkraftumwandlung T_avg größer ist, als ein vorgegebener Wert (abhängig von Kadenz) und ob die Kadenz 146 multipliziert mit dem Umsetzungsverhältnis gleich der Motorgeschwindigkeit +/- einem vorgegebenen Wert ist. Falls JA, wird eine Drehmomentvorgabe 150 an den Motor 56 gesendet. Das angewandte Drehmoment T_apply wird dann in einem fünften Schritt 120 berechnet, basierend auf dem Modus 152 des Elektrofahrrads 20 und der Drehmomentsumme T_loss des vierten Schrittes 118, wo T_apply = T_loss + T_avg * Funktion (Modus). Bei einigen Variationen können verschiedenen Betriebsmodi 152 des Elektrofahrrads 20 verschiedene Funktionen zugewiesen werden. Nachstehende Skizze 1 zeigt eine Variation einer Modus-Skizze.

Modus Funktion (Modus)

A 0

B 1

C 2

... ...
Diagramm 1
8 zeigt eine Regelkarte 154 für eine Pedalkraftumwandlung unter Verwendung einer Zuordnungstabelle für Umwandlungskoeffizienten 138, wie weiter oben besprochen. In dieser Variation kann das Pedalkraftdrehmoment Ttrans, das in Schritt neun 143 gefunden wurde, zusammen mit einer Benutzerhilfe-Ebene oder Modus 158 an einen Schritt Elf 156 gesendet werden, um eine Drehmomentvorgabe 162 festzustellen, die an den Motor 56 gesendet werden kann, um ein Drehmoment T_apply auf den Motor 56 anzuwenden. Die Drehmomentvorgabe 162 kann an einen zwölften Schritt 160 gesendet werden, der ein Eingabesignal der Kurbelwellenposition 128 übernehmen kann, um festzustellen, ob die Kurbelwellenposition 128 sich innerhalb der vorgegebenen Grauzone 164 befindet, wovon eine Variation in 11 veranschaulicht wird. Diese Grauzone 164 kann einen Bereich umfassen, wo sich eine der Pedalbaugruppen 40, 44 am TDC oder bei 0 Grad befinden kann, und die Winkel bei fast 0 Grad, und wo sich die andere Pedalbaugruppe 40, 44 am oder fast am BDC oder bei 180 Grad befindet, und die Winkel bei fast 180 Grad, wo die Leistung minimal sein kann. Ein Dividieren durch den Sinus (Theta) in der Grauzone 164 kann einen beachtlichen numerischen Fehler hervorrufen, d.h. er kann ähnlich sein wie bei einem Dividieren durch Null. Der maximale Kraftpunkt 166 kann außerhalb der Grauzone liegen und dann erreicht werden, wenn sich eine der Pedalbaugruppen 40, 44 bei etwa 100 Grad befindet.
Falls die Kurbelwellenposition 128 nicht in der Grauzone 164 ist, dann kann die Position bei Schritt dreizehn 168 als vorherig nicht in der Grauzone befindlicher Punkt gespeichert werden. Falls die Kurbelwellenposition 128 in der Grauzone 164 ist, dann kann Schritt vierzehn 170 den in Schritt Dreizehn 168 gespeicherten vorher nicht in der Grauzone befindlichen Punkt verwenden. Schritt fünfzehn 172 kann dann die Drehmomentvorgabe 162 an Schritt Sechzehn 174 senden, um festzustellen, ob die Kurbelwellenposition 128 in der Grauzone 164 ist, oder nicht. Bei einigen Variationen kann Schritt sechzehn 174 feststellen, ob eine Drehmomentvorgabe 162 in Schritt siebzehn 176 an den Motor 56 gesendet wird, indem zuerst festgestellt wird, ob die Kurbelwellenposition 128 in der Grauzone 164 ist, und ob die Kurbelwellengeschwindigkeit 140 weniger als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist. Falls JA, dann ist die Drehmomentvorgabe 162 an den Motor 56 Null und kein Drehmoment kann auf den Motor 56 angewendet werden. Falls Schritt fünfzehn 172 feststellt, dass eine der Pedalbaugruppen 40, 44 in der Grauzone 164 ist und dass die Geschwindigkeit höher als ein vorgegebener Wert ist, dann muss das Drehmoment, das für die Drehmomentvorgabe 162 berechnet und an Schritt siebzehn 176 gesendet wurde, niedriger sein, als das vorher nicht in der Grauzone befindliche Drehmoment aus Schritt dreizehn 168, um die Drehmomentvorgabe, die an 176 gesendet wurde, zu modifizieren (das bedeutet, dass, während sie sich in der Grauzone befindet, sich die Drehmomentvorgabe nicht erhöht, sondern nur niedriger wird, wenn das kalkulierte Drehmoment weniger ist, als das nicht in der Grauzone befindliche Drehmoment). Falls die Kurbelwellenposition 128 nicht in der Grauzone 164 ist und die Kurbelwellengeschwindigkeit 140 höher ist, als die vorgegebene Geschwindigkeit, dann muss die Drehmomentvorgabe 162 an den Motor 56 gesendet werden, sodass auf den Motor 56 ein Drehmoment ausgeübt werden kann, um für Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs 68 mit Antriebsdrehmoment, wie durch den benutzerdefinierten Modus und die Pedalkraft festgestellt, zu kompensieren.

Claims

Produkt, das Folgendes umfasst: Antriebsstrang (68) eines Elektrofahrrads (20), umfassend: einen Motor (56); mindestens einen Zahnradsatz (76), der operativ mit dem Motor (56) verbunden ist; ein Kettenblatt (48), der operativ mit dem Zahnradsatz (76) und einer Kette (50) verbunden ist; ein hinteres Ritzel (52), das operativ mit dem Kettenblatt (48) und der hinteren Nabe (54) verbunden ist; eine Kurbelwelle (134), die operativ mit dem Kettenblatt (48), einer ersten Pedalbaugruppe (40) und einer zweiten Pedalbaugruppe (44) verbunden ist; und mindestens einer Steuerung (60) und mindestens einem Sensor (96, 98, 100, 102) eine, wobei die Steuerung (60) so konstruiert und angebracht ist, dass ein oder mehrere Signale des Sensors (96, 98, 100, 102) so verarbeitet werden, dass auf den Motor (56) ein Drehmoment ausgeübt wird, um Trägheits- und Rotationsverlust im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) des Elektrofahrrads (20) zu kompensieren; dadurch gekennzeichnet , dass der Sensor (96, 98, 100, 102) und die Steuerung (60) mindestens eine Motorgeschwindigkeit, eine Motortemperatur, eine Motorbeschleunigung, eine Kadenz, eine Kurbelwellenposition und ein Kurbelwellendrehmoment feststellen.
Produkt von Anspruch 1, wobei die Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) des Elektrofahrrads (20) auf der Schätzung der Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) des Elektrofahrrads (20) und der Interpretation der Pedaleingabe basieren.
Produkt nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Sensor (96, 98, 100, 102) verschiedene Betriebsbedingungen des Motors (56) und einer Kurbelwelle (134) misst und Ausgaben der verschiedenen Betriebsbedingungen an die Steuerung (60) liefert.
Produkt nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (60) mindestens einen Steuerungsalgorithmus, eine Zuordnungstabelle oder eine Signalverarbeitungstechnik umfasst, um eine Drehmomentvorgabe basierend auf mindestens einer der verschiedenen Betriebsbedingungen zu kalkulieren.
Verfahren, das die Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) eines Elektrofahrrads (20) kompensiert, das Folgendes umfasst: Verwendung von mindestens einem Sensor (96, 98, 100, 102) und einer Steuerung (60), um Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs (68) eines Elektrofahrrads (20) zu schätzen und um das Pedalkraftdrehmoment mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren, um einen Drehmomentdurchschnitt zu erhalten; Verwendung der Steuerung (60), um eine Drehmomentvorgabe festzustellen, um die Trägheits- und Rotationsverluste im Zusammenhang mit dem Antriebsstrang (68) des Elektrofahrrads (20) zu kompensieren, unter Verwendung der geschätzten Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs (68) des Elektrofahrrads (20) und des Drehmomentdurchschnitts; und Anwendung der Drehmomentvorgabe auf den Motor (56) unter Verwendung der Steuerung (60).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Feststellung der Drehmomentvorgabe des Weiteren Folgendes umfasst: Addieren der geschätzten Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs (68) des Elektrofahrrads (20) zum Drehmomentdurchschnitt und Multiplizieren mit der Funktion eines Modus des Elektrofahrrads (20).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schätzung der Trägheits- und Rotationsverluste des Antriebsstrangs (68) des Elektrofahrrads (20) Folgendes umfasst: Verwendung des Sensors (96, 98, 100, 102) und der Steuerung (60), um das erste Rotationsverlustdrehmoment des Motors (56), das zweite Rotationsverlustdrehmoment des Zahnradsatzes (76) und ein Trägheitsdrehmoment des Motors (56) und des Zahnradsatzes (76) zu schätzen, und die Summierung des ersten Rotationsverlustdrehmoments des Motors (56), des zweiten Rotationsverlustdrehmoment des Zahnradsatzes (76) und des Trägheitsdrehmoments des Motors (56) und des Zahnradsatzes (76).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schätzung des Trägheitsdrehmoments des Motors (56) und des Zahnradsatzes (76) Folgendes umfasst Verwendung des Sensors (96, 98, 100, 102) und der Steuerung (60), um eine Systemmasse und eine Winkelbeschleunigung des Motors (56) festzustellen, und um die Systemmasse mit der Winkelbeschleunigung des Motors (56) zu multiplizieren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Pedalkraftdrehmoment durch Folgendes festgestellt wird: Verwendung des Sensors (96, 98, 100, 102) und der Steuerung (60), um ein periodisches Eingabedrehmoment an die Kurbelwelle (134), eine Kadenz und eine Motorgeschwindigkeit festzustellen; Verwendung der Steuerung (60), um das periodische Eingabedrehmoment an die Kurbelwelle (134) in ein nichtperiodisches Pedalkraftdrehmoment umzuwandeln; Anwendung eines Verstärkungsfaktors auf das nichtperiodische Pedalkraftdrehmoment mit der Steuerung (60); Verwendung der Steuerung (60), um festzustellen, ob die Motorgeschwindigkeit und die Kadenz etwa gleich sind; Verwendung der Steuerung (60), um festzustellen ob das nichtperiodische Pedalkraftdrehmoment mit dem Verstärkungsfaktor größer ist, als die Kadenz, wenn die Kadenz und die Motorgeschwindigkeit etwa gleich sind; Verwendung der Steuerung (60), um eine Drehmomentvorgabe zu kalkulieren, um sie basierend auf einem Modus auf den Motor (56) anzuwenden, falls das nichtperiodische Pedalkraftdrehmoment größer ist, als die Kadenz; und Verwendung der Steuerung (60), um die Drehmomentvorgabe an den Motor (56) zu senden.