DE102017107205A1 - Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler, Abstandsadaptiver Geschwindigkeitsregler und Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit - Google Patents

Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler, Abstandsadaptiver Geschwindigkeitsregler und Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit

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DE102017107205A1
DE102017107205A1 DE102017107205.5A DE102017107205A DE102017107205A1 DE 102017107205 A1 DE102017107205 A1 DE 102017107205A1 DE 102017107205 A DE102017107205 A DE 102017107205A DE 102017107205 A1 DE102017107205 A1 DE 102017107205A1
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Jens Kattner
Marcel Philipp Mayer
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/14Adaptive cruise control
    • B60W30/16Control of distance between vehicles, e.g. keeping a distance to preceding vehicle

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler zur Längsführung des Fahrzeugs. Das muskelkraftunterstützte Fahrzeug umfasst zunächst einen Tretkurbelgenerator und mindestens einen Antriebsmotor sowie einen Antriebsstrang der diese beiden verbindet. Weiterhin umfasst das Fahrzeug mehrere Sensoren zum Messen und Erzeugen mehrerer Sensorsignale. Die Sensoren mindestens sind: ein Sensor zur Abstandsmessung gegenüber einem anderen vorausfahrenden Fahrzeug sowie zur Geschwindigkeitsabschätzung des anderen Fahrzeugs, ein erster Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Tretkurbelgenerators; ein zweiter Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Antriebsmotors; ein erster Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments des Tretkurbelgenerators; ein zweiter Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments des Antriebsmotors; ein Geschwindigkeitssensor zum Erfassen eines Geschwindigkeitssignals des Fahrzeugs; und ein Bremssignalsensor zum Erfassen eines Bremssignals. Weiterhin umfasst das Fahrzeug eine Steuereinheit zur Verarbeitung der erfassten Sensorsignale sowie zur Regelung des abstandsadaptiven Geschwindigkeitsreglers, wobei eine von der Steuereinheit geregelte Entkopplung des Antriebsstrangs zwischen dem Tretkurbelgenerator und dem Antriebsmotor realisiert ist, und wobei die Regelung in Abhängigkeit des vorausfahrenden anderen Fahrzeugs erfolgt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler sowie ein Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit eines muskelkraftunterstützten Fahrzeugs.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler (auch Tempomat® genannt).
  • Tretkraftunterstützte Fahrzeuge sind insbesondere unter den Namen Pedelec (Pedal Electric Cycle), E-Bike oder Elektrofahrrad bekannt. Zu den tretkraftunterstützten Fahrzeugen zählen zudem Bio-Hybride bzw. Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeuge, die sowohl einen durch Muskelkraft angetriebenen Antriebsstrang, als auch einen zusätzlichen Antriebsstrang, insbesondere in Form eines Elektromotors, aufweisen. Als Bio-Hybrid wurde beispielsweise das Mikromobil von der Firma Schaeffler entwickelt.
  • Als ein E-Bike wird ein einsitziges zweirädriges Kleinkraftrad bezeichnet mit elektrischem Antrieb, der sich bei einer Geschwindigkeit von mehr als 25 km/h selbsttätig abschaltet. Erlaubt der elektrische Antrieb eine Geschwindigkeit von 25 km/h bis 45 km/h wird das Fahrzeug als S-Pedelec bezeichnet, wobei dieses als Kleinkraftrad zählt. Pedelecs sind Fahrräder, die regelmäßig einen Elektromotor, eine Traktionsbatterie, eine Steuerelektronik sowie einen Sensor zur (Tret-)Kurbelbewegungserkennung umfassen. Ebenso umfassen die meisten Pedelecs ein Eingabegerät.
  • Die US 2002/0100628 A1 zeigt ein Fahrrad, welches ein Geschwindigkeitsregelsystem und mehrere verschiedene Komponenten, wie eine Rückenlehne, gegen Beschwerden und Müdigkeit beim Fahrradfahren umfasst.
  • Die DE 10 2015 107 163 A1 beschreibt einen Antrieb eines muskelbetriebenen Fahrzeugs mit integriertem und entkoppelbarem Elektroantrieb. Der Antrieb weist eine ein- und/oder ausrückbare Kupplung zwischen der Tretlagerwelle und der Antriebswelle auf. Somit wird eine mechanische Trennung der beiden Wellen ermöglicht, indem ein axialer Versatz zwischen den beiden zu koppelnden Wellen erzeugt wird.
  • In der US 6,684,971 B2 ist ein intelligentes Fahrrad beschrieben, welches einen Regler umfasst. Der Regler ist elektrisch mit einem Kraftverstärker, einem Trittsensor, einer Drosselklappe und einem Geschwindigkeitssensor verbunden. Der Regler arbeitet in einem der folgenden benutzergesteuerten Modi: dem Leistungsverteilungsmodus, dem automatischen Fahrmodus oder dem Geschwindigkeitsregelmodus gemäß der erfassten Zustände einer Pedalantriebseinheit und der Drosselklappe und der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrrades. Die Modi hängen von der Tretwirkung an dem Pedal ab.
  • In der DE 10 2013 215 759 A1 ist eine Geschwindigkeitsregelanordnung für ein Fahrrad sowie ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung beschrieben. Eine Wunschgeschwindigkeit wird an einer Eingabeanordnung vorgewählt und das Fahrrad beschleunigt mit Unterstützung eines Motorantriebs auf die Wunschgeschwindigkeit. Die Wunschgeschwindigkeit wird durch einen Bremsvorgang beendet. Die Wunschgeschwindigkeit wird durch den Motorantrieb realisiert und ganz oder teilweise durch das über den Tretantrieb wirkende Drehmoment ersetzt, da eine Kopplung zwischen dem Motorantrieb und dem Tretantrieb besteht. Wird keine Drehung des Tretantriebs durch einen Sensor erfasst, wird die Aktivierung bzw. Bestromung des Motorantriebs unterbrochen.
  • Keines der vorgenannten Fahrräder beachtet den Abstand des Fahrrads zu vorausfahrenden Fahrzeugen und deren Geschwindigkeit.
  • Es sind Geschwindigkeitsregler für Automotive bekannt, wobei diese Regler nicht ohne weiteres auf tretkraftunterstützte Fahrzeuge übertragbar sind.
  • Es sind tretkraftunterstützte Antriebsstränge bekannt, die eine mechanische Verbindung zwischen Tretkurbel und Abtrieb darstellen. Als Schaltelemente können Getriebe in den Antriebssträngen vorgesehen sein. Es besteht ein Leistungsgleichgewicht zwischen Tretleistung des Benutzers (Produkt aus Kadenz, also Trittfrequenz, und Tretmoment) und der Antriebsleistung am Abtrieb (Produkt aus Raddrehzahl und Antriebsmoment). Die notwendige Tretleistung kann durch zusätzliche Antriebsleistung, welche durch einen elektrischen Hilfsmotor erzeugt wird, reduziert werden. Die zusätzliche Antriebsleistung kann bspw. durch ein zuvor nicht angetriebenes Rad oder durch Integration in die mechanische Strecke bereitgestellt werden. Durch die mechanische Kopplung der Antriebsstränge würde bei Nutzung eines abstandsadaptiven Geschwindigkeitsreglers dessen Regelung unmittelbar Rückwirkung auf den Benutzer haben, da bei einer durch den Regler induzierten Reduktion der Geschwindigkeit automatisch bei diskreten Schaltstufen eine Reduktion der Kadenz bzw. bei stufenlosen Getrieben eine Reduktion der Tretleistung einhergeht. Eine Reduktion der Geschwindigkeit ist bei einem abstandsadaptiven Regler bei verringertem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug notwendig. Im automatisierten Modus, also bei aktivem Regler, kann bei mechanisch gekoppelten Antriebssträngen eine Geschwindigkeitsreduzierung eine Gefahr für den Benutzer darstellen, da dieser die Geschwindigkeitsreduzierung nicht oder zu spät realisiert und die Trittfrequenz bzw. Kadenz beibehält und somit die Regelung überstimmt. Durch die Kopplung wird in diesem Fall die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht reduziert. Es kann zu Auffahrunfällen kommen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem verbesserten Geschwindigkeitsregler zur Verfügung zu stellen, wobei der Geschwindigkeitsregler abstandsadaptiv ist, und wobei das Problem der mechanischen Kopplung der Antriebsstränge gelöst ist.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch ein muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bzw. durch einen adaptives Geschwindigkeitsregler gemäß dem Anspruch 9 oder gemäß einem Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit eines muskelkraftunterstützten Fahrzeugs gemäß Anspruch 10.
  • Das erfindungsgemäße muskelkraftunterstützte Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler umfasst zunächst einen elektrischen Tretkurbelgenerator und mindestens einen Antriebsmotor zur Energieerzeugung. Weiterhin umfasst das muskelkraftunterstützte Fahrzeug einen kombinierten Antriebsstrang, der den Tretkurbelgenerator und den Antriebsmotor verbindet. Bevorzugt umfasst das Fahrzeug einen seriellen Antrieb. Zudem weist das muskelkraftunterstützte Fahrzeug mehrere Sensoren zum Messen und Erzeugen mehrerer Sensorsignale auf. Die Sensoren zum Messen und Erzeugen der Sensorsignale sind: ein Sensor zur Abstandsmessung gegenüber einem vorausfahrenden in Bewegung befindlichen Fahrzeug sowie zur Abschätzung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, den vor dem muskelkraftunterstützten Fahrzeug befindlichen Raum zu erfassen; ein erster Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Tretkurbelgenerators; ein zweiter Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Antriebsmotors; ein erster Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments bzw. einer an dem Tretkurbelgenerator anliegenden Kraft; ein zweiter Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments des Antriebsmotors; ein Geschwindigkeitssensor zum Erfassen eines Geschwindigkeitssignals des Fahrzeugs; und ein Bremssignalsensor zum Erfassen eines Bremssignals. Weiterhin umfasst das muskelkraftunterstützte Fahrzeug eine Steuereinheit zur Verarbeitung der erfassten Sensorsignale sowie zur Steuerung des abstandsadaptiven Geschwindigkeitsreglers, wobei eine von der Steuereinheit geregelte Entkopplung zwischen dem Tretkurbelgenerator und dem Antriebsmotor durch den Antriebsstrang realisiert ist. Weiterhin erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs.
  • Das muskelkraftunterstützte Fahrzeug ist bevorzugt ein E-Bike oder ein Pedelec. Besonders bevorzugt ist das muskelkraftunterstützte Fahrzeug ein Biohybrid. Alternativ zählt das muskelkraftunterstützte Fahrzeug zu den Mikromobilen oder Velomobilen. Ein Biohybrid ist größer und hat eine größere Reichweite als ein Pedelec. Bevorzugt ähnelt ein Biohybrid einem E-Bike, wobei es im Gegensatz zu diesem beispielsweise drei oder vier Fahrzeugräder sowie eine Überdachung aufweist und ggf. auch zwei Personen befördern kann.
  • Vorzugsweise wird das muskelkraftunterstützte Fahrzeug durch Treten von Fahrzeugpedalen durch einen Benutzer angetrieben bzw. bewegt, also durch die Beinmuskulatur des Benutzers. Dieses Fahrzeug weist einen Pedalantrieb auf. Alternativ bevorzugt wird das muskelkraftunterstützte Fahrzeug durch Kurbeln angetrieben bzw. bewegt, also durch die Armmuskulatur des Benutzers. Eine im tret- oder kurbelgetriebenen muskelkraftunterstützten Fahrzeug verwendete Kurbel dient als An- und Abtriebsglied. Es erfolgt ein muskel- sowie motorkraftbetriebener Fahrzeugvortrieb.
  • Um eine gewünschte Geschwindigkeit während der Fahrt des muskelkraftunterstützten Fahrzeugs beibehalten zu können, umfasst das Fahrzeug den Geschwindigkeitsregler. Der Geschwindigkeitsregler dient dem Halten einer festgelegten Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit ist vom Fahrzeugführer bzw. einer das Fahrzeug nutzenden Person frei wählbar und einstellbar. Die gewählte Geschwindigkeit wird bis zu einem Bremsvorgang oder einem Abbruch bzw. einer Deaktivierung der Auswahl konstant gehalten.
  • Der Antriebsmotor ist eine Traktionsmaschine. Vorzugsweise ist der Antriebsmotor ein elektrischer Antrieb in Form eines Elektromotors, der zumindest teilweise tretkraftunterstützend wirkt. Die elektrische Energie kann durch einen Akkumulator (kurz: Akku) bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform rekuperiert der Elektromotor und führt beim Brems- oder Tretvorgang gewonnen Strom wieder dem Akku zu. Es sind verschiedene Motorarten bekannt. Auch die Positionierung der Motoren ist bekanntermaßen variabel und zweckmäßig zu wählen.
  • Der Tretkurbelgenerator dient der Einspeisung der durch den Fahrzeugführer / Benutzer am Pedal erzeugten (Tret-)Energie in den Akku. Regelmäßig umfasst der Tretkurbelgenerator einen Rotor und einen Stator. Bevorzugt ist der Tretkurbelgenerator zwischen Tretpedal und Stützrahmen des Fahrzeugs angeordnet.
  • Das muskelkraftunterstützte Fahrzeug umfasst bevorzugt eine Bremse mit der das Fahrzeug bis zum Stillstand abgebremst werden kann. Der Bremssignalsensor ist im Bereich der Bremse oder im Bereich der Fahrzeugräder angeordnet, um das Bremssignal zu erfassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das muskelkraftunterstützte Fahrzeug ein Eingabegerät, an dem verschiedene Betriebsmodi des adaptiven Geschwindigkeitsreglers wählbar sind. Wird am Eingabegerät eine durch den adaptiven Geschwindigkeitsregler zu haltende Geschwindigkeit gewählt, also der Geschwindigkeitsregler aktiviert, so liegt ein automatisierter Modus vor. Ist der Geschwindigkeitsregler deaktiviert, liegt ein manueller Modus vor. Ein Wechsel zwischen den Modi ist bevorzugt mittels Betätigung eines Eingabegeräts möglich. Das Eingabegerät umfasst vorzugsweise mindestens ein Eingabeelement, welches ein Knopf oder ein Schalter sein kann. Alternativ bevorzugt umfasst das Eingabegerät zwei Eingabeelemente. Mittels des einen Eingabeelements kann ein Modus ein- oder ausgeschaltet werden. Alternativ kann mit jedem Eingabeelement ein anderer Modus gewählt werden.
  • Im manuellen Modus bewegt der Fahrzeugführer das Fahrzeug durch Treten vorwärts, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der Trittfrequenz und der Tretkraft bzw. dem Drehmoment an der Kurbel des Kurbelgenerators abhängig ist. Möchte der Fahrzeugführer die durch Treten erreichte Geschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten, wird durch den Fahrzeugführer ein entsprechendes Eingabeelement des Eingabegeräts betätigt und somit der Geschwindigkeitsregler aktiviert. Durch die Betätigung des Eingabeelements findet ein Wechsel von dem manuellen Modus in den automatisierten Modus statt. Durch die Steuereinheit wird mittels der erfassten Sensordaten, insbesondere mittels der zum Zeitpunkt der Aktivierung erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die gewählte Geschwindigkeit beibehalten. Hierbei werden die zum Zeitpunkt der Aktivierung erfasste Drehzahl und das Drehmoment an der Kurbel bzw. des Tretkurbelgenerators über eine zeitliche Rampenfunktion durch die Steuereinheit auf ein zuvor definiertes Level überführt. Der Antriebsmotor übernimmt, geregelt durch die Steuereinheit, die Längsführung des Fahrzeugs. Die durch den Tretvorgang des Fahrzeugführers weiterhin erzeugte Tretkraft bzw. das Drehmoment und die Trittfrequenz bzw. Drehzahl haben bei aktiviertem Regler keinen Einfluss mehr auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
  • Bevorzugt ist die Trittfrequenz in einem zu definierenden Korridor bzw. Bereich zu halten, so dass durch die Aktivierung des Reglers der automatisierte Modus beibehalten wird und bei Unterbrechung des Tretvorgangs oder durch Verlassen des festgelegten Korridors der abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler deaktiviert wird. Die Einhaltung des Korridors wird vorzugsweise durch die Steuereinheit überwacht. Die Funktion des festgelegten Korridors der Trittfrequenz verhält sich analog zu einem Totmannschalter.
  • Die durch den Tretvorgang am Tretkurbelgenerator erzeugte Energie wird bevorzugt in den Antriebsmotor eingespeist. Alternativ bevorzugt wird die am Tretkurbelgenerator erzeugte Energie in den Akku eingespeist. Besonders bevorzugt dient der Tretkurbelgenerator als Leistungseingabeelement im manuellen Modus und als Kontrollelement im automatisierten Modus.
  • Bevorzugt bewegt sich das muskelkraftunterstützte Fahrzeug auf einem Fahrradweg gemeinsam mit anderen muskelkraftunterstützten Fahrzeugen und/oder Fahrrädern sowie anderen Fahrzeugen bzw. wird das muskelkraftunterstützte Fahrzeug auf dem Fahrradweg bewegt. Hierbei ist es wichtig, dass zwischen den Fahrzeugen ein Abstand eingehalten wird, damit keine Unfälle, insbesondere Auffahrunfälle, passieren.
  • Um den Abstand zwischen dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und einem weiteren vorausfahrenden Fahrzeug während des aktivierten Geschwindigkeitsreglers einzuhalten und gegebenenfalls die Geschwindigkeit zum Einhalten des Abstands zu reduzieren, ist der Geschwindigkeitsregler abstandsadaptiv ausgebildet. Somit handelt es sich um einen Abstands-Geschwindigkeits-Regler. Erfindungsgemäß werden durch die Steuereinheit des abstandsadaptiven Geschwindigkeitsreglers die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Abstand des Fahrzeugs zu dem vorausfahrenden Fahrzeug mittels der erfassten Sensorsignale geregelt. Der Sensor zur Abstandsmessung gegenüber dem weiteren in Bewegung befindlichen Fahrzeug sowie zur Geschwindigkeitsabschätzung des anderen Fahrzeugs erfasst den vor dem muskelkraftbetriebenen Fahrzeug befindlichen Raum. Mittels der erfassten Sensordaten wird bevorzugt eine Sollgröße generiert, durch welche die Steuereinheit die Fahrzeuggeschwindigkeit regelt.
  • Die Steuereinheit regelt vorzugsweise die Längsführung des Fahrzeugs im automatisierten Modus. Kann der Abstand zwischen den Fahrzeugen nicht mehr eingehalten werden, regelt die Steuereinheit den Antriebsmotor dermaßen, dass das muskelunterstützte Fahrzeug abgebremst wird bzw. sich die Geschwindigkeit verringert. Kann das Fahrzeug nicht elektrisch mittels des Antriebsmotors abgebremst werden, ist bevorzugt ein Aktor bzw. ein Antriebselement am Fahrzeug vorgesehen. Vorzugsweise wird mittels einer Friktionsbremse gebremst. Der Aktor dient der Umsetzung eines von der Steuereinheit ausgegebenen elektrischen Signals in eine mechanische Bremsbewegung mittels der Bremse.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen muskelkraftunterstützten Fahrzeugs mit abstandsadaptiven Geschwindigkeitssensor ist, dass sowohl die Geschwindigkeit als auch der Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen geregelt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine mechanische Kopplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Tretkurbelgenerator besteht, wodurch Gefahrensituationen des Auffahrens vermieden werden.
  • Der Fahrzeugführer / Benutzer übernimmt bevorzugt die Lenkung des muskelkraftunterstützten Fahrzeugs.
  • Vorzugsweise wird durch manuelles betätigen der Bremse durch den Fahrzeugführer vom automatisierten Modus in den manuellen Modus gewechselt. Alternativ bevorzugt erfolgt der Wechsel vom automatisierten Modus in den manuellen Modus durch betätigen des Eingabeelements des Eingabegerätes durch den Fahrzeugführer. In beiden Fällen ist es von Vorteil, wenn die zum Einhalten der zuvor gewählten Fahrzeuggeschwindigkeit vom Fahrzeugführer aufzubringende Trittfrequenz und Tretkraft in kurzer Zeit auf ein erforderliches Level angehoben wird, sodass der Fahrzeugführer den Wechsel zwischen den beiden Modi physisch spürt. Das erforderliche Level entspricht bevorzugt dem Fahrzustand, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit, aber auch eines gewählten Unterstützungsgrads. Bevorzugt ist der Unterstützungsgrad durch den Fahrzeugführer wählbar. Der Unterstützungsgrad gibt vorzugsweise die durch den Antriebsmotor zur Fortbewegung des Fahrzeugs aufzuwendende Energie an, mit der der Fahrzeugführer in der Fortbewegung des Fahrzeugs unterstützt wird.
  • Weiterhin umfasst das muskelkraftunterstützte Fahrzeug vorzugsweise einen Sensor zur Erfassung eines Beanspruchungszustandes des Fahrzeugführers. Der Personenzustand wird vorzugsweise mittels eines Puls- und/oder Herzfrequenzmessers ermittelt. Vorzugsweise ist der Personenzustandssensor am Lenker im Griffbereich vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform wird der Personenzustandssensor von dem Benutzer getragen, die Daten werden erfasst und das Signal wird von der Steuereinheit des adaptiven Geschwindigkeitssensors empfangen. So wird beispielsweise mittels einer Smartwatch gemessen. Mittels des erfassten Beanspruchungszustands wird bevorzugt die Unterstützung durch den Antriebsmotor geregelt.
  • Der abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler dient der Längsführung eines muskelkraftunterstützen Fahrzeugs und ist dazu ausgebildet, die Geschwindigkeit und den Abstand des muskelkraftunterstützten Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu regeln. Der abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler ist dazu ausgebildet, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu regeln sowie Sensorsignale, insbesondere des Fahrzeugs, zu empfangen. Die Sensorsignale werden von dem Geschwindigkeitsregler, insbesondere von dessen Steuereinheit, zum Regeln verwendet. Bei Unterschreitung einer vorbestimmten Abstandssollgröße zwischen dem Fahrzeug und einem anderen Fahrzeug erfolgt eine Geschwindigkeitsreduzierung des muskelkraftunterstützten Fahrzeugs durch Regelung mittels des Geschwindigkeitsreglers. Die Geschwindigkeitsreduzierung erfolgt ungeachtet einer Krafteinleitung durch einen Benutzer des Fahrzeugs. Die Krafteinleitung durch den Benutzer ist demnach bei aktiviertem Geschwindigkeitsregler, also wenn die Geschwindigkeit geregelt wird, von der Krafteinleitung durch den Benutzer am Tretkurbelgenerator entkoppelt. Die Krafteinleitung erfolgt über den Tretgenerator der mittels eines Antriebsstrangs mit einem die Fahrzeuggeschwindigkeit unterstützenden Antriebsmotor gekoppelt ist.
  • Weiterhin gilt das zuvor zu dem muskelkraftunterstützten Fahrzeug gesagte.
  • Das Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit eines muskelkraftunterstützten Fahrzeugs gegenüber einem vorausfahrenden Fahrzeug umfasst mehrere Verfahrensschritte. Das muskelkraftunterstützte Fahrzeug weist einen Tretkurbelgenerator und einen Antriebsmotor auf, die über einen Antriebsstrang gekoppelt sind. Weiterhin weist das muskelkraftunterstützte Fahrzeug einen abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler auf.
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt. Bevorzugt entspricht die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit, die bei Aktivierung des Geschwindigkeitsreglers besteht und welche durch Krafteintrag eines Benutzers an dem Tretkurbelgenerator erzeugt wird. Alternativ bevorzugt ist die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit durch den Benutzer an einem Eingabegerät des Reglers einzustellen.
  • Die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit wird in dem zweiten Verfahrensschritt durch Regeln des Antriebsmotors konstant gehalten. Der Geschwindigkeitsregler regelt den Antriebsmotor, wobei folgende Parameter in der Regelung Beachtung finden: eine am Tretkurbelgenerator erzeugte Leistung und/oder eine voreingestellte unterstützende Antriebsmotorleistung sowie erfasste Sensorsignale des Fahrzeugs. Die Leistung am Tretkurbelgenerator wird bevorzugt durch Kurbeltreten durch einen Benutzer erzeugt. Bevorzugt wird die Größe der unterstützenden Antriebsleistung durch den Benutzer festgelegt. Alternativ bevorzugt wird die Größe der unterstützenden Antriebsleistung werksseitig vorgegeben. Besonders bevorzugt ist die Größe der unterstützenden Antriebsleistung prozentual von der Tretleistung abhängig.
  • In dem dritten Verfahrensschritt wird eine vorbestimmte Abstandsgröße zu einem vorausfahrenden Fahrzeug geprüft. Dazu wird der Abstand mit einem geeigneten Sensor gemessen und mit einem Vorgabewert verglichen.
  • Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Antriebsmotor entsprechend der Abstandsgröße geregelt. Weiterhin wird der Tretkurbelgenerator vom Antriebsstrang entkoppelt, wenn über den Tretkurbelgenerator eine eingeprägte Antriebskraft auftritt, die zu einer Unterschreitung der Abstandsgröße führen würde. Die Regelung erzeugt demnach eine Entkopplung, die einer mechanischen Entkopplung entspricht. Die bei entkoppeltem Zustand des Tretkurbelgenerators von diesem weiterhin erzeugte Energie wird dann in einen Energiespeicher eingespeist. Bevorzugt wird die Energie in einen Akku eingespeist. Alternativ wird die Energie in einem Zwischenkreis des Antriebsmotors bereitgestellt. Weiterhin alternativ wird die Energie über einen Widerstand geleitet, der beispielsweise bei einem vollen Energiespeicher die Energie in Wärme wandelt. Demzufolge handelt es sich um einen Energiewandler. Eine anhaltende Krafteinleitung durch einen Benutzer hat auf die Geschwindigkeit in dem entkoppelten Zustand demnach keinen Einfluss mehr. Die Abstandssollgröße ist vorzugsweise werksseitig voreingestellt, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem bei einer Notbremsung erforderlichen Bremsweg.
  • Bevorzugt wird die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem weiteren Verfahrensschritt durch Regeln des Antriebsmotors verringert. Alternativ bevorzugt, insbesondere wenn beispielsweise die Geschwindigkeitsreduzierung durch den Antriebsmotor nicht möglich ist, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Regeln einer am Fahrzeug befindlichen Bremse reduziert.
  • In einer Ausführungsform wird in einem weiteren Verfahrensschritt der abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler bei Unterschreitung eines vorbestimmbaren Trittfrequenzkorridors bzw. Kadenzkorridors abgeschaltet bzw. deaktiviert. Der automatisierte Modus wird verlassen. Ebenso wird der Regler bevorzugt abgeschaltet, wenn keine Trittfrequenz bzw. Kadenz am Tretkurbelgenerator messbar ist, weil der Benutzer beispielsweise nicht mehr tritt. Der Trittfrequenzkorridor wird bevorzugt entsprechend der Trittfrequenz, die für die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vom Benutzer aufzubringen wäre, und einer oberen und unteren Grenze um die Trittfrequenz vorbestimmt.
  • Der das Verfahren ausführende abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler sowie das muskelkraftunterstützte Fahrzeug sind gemäß dem beschriebenen abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler und dem muskelkraftunterstützten Fahrzeug ausgebildet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2002/0100628 A1 [0004]
    • DE 102015107163 A1 [0005]
    • US 6684971 B2 [0006]
    • DE 102013215759 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler zur Längsführung des Fahrzeugs, umfassend: - einen Tretkurbelgenerator und mindestens einen Antriebsmotor zur Energieerzeugung; - einen kombinierten Antriebsstrang, der den Tretkurbelgenerator und den Antriebsmotor verbindet; - mehrere Sensoren zum Messen und Erzeugen mehrerer Sensorsignale, wobei die Sensoren mindestens sind: ◯ ein Sensor zur Abstandsmessung gegenüber einem anderen in Bewegung befindlichen Fahrzeug sowie zur Geschwindigkeitsabschätzung des anderen Fahrzeugs, wobei sich das andere Fahrzeug in Fahrtrichtung vor dem muskelkraftunterstützten Fahrzeug befindet; ◯ ein erster Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Tretkurbelgenerators; ◯ ein zweiter Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Antriebsmotors; ◯ ein erster Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments des Tretkurbelgenerators; ◯ ein zweiter Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments des Antriebsmotors; ◯ ein Geschwindigkeitssensor zum Erfassen eines Geschwindigkeitssignals des Fahrzeugs; ◯ ein Bremssignalsensor zum Erfassen eines Bremssignals; - eine Steuereinheit zur Verarbeitung der erfassten Sensorsignale sowie zur Regelung des abstandsadaptiven Geschwindigkeitsreglers, wobei eine von der Steuereinheit geregelte Entkopplung des Antriebsstrangs zwischen dem Tretkurbelgenerator und dem Antriebsmotor realisiert ist, und wobei die Regelung in Abhängigkeit des vorausfahrenden anderen Fahrzeugs erfolgt.
  2. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Geschwindigkeitsregler mindestens zwei Betriebsmodi des Fahrzeugs einstellbar sind.
  3. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus ein manueller Modus ist und das der zweite Modus ein automatisierter Modus ist, wobei der Geschwindigkeitsregler im manuellen Modus deaktiviert ist, und wobei der Geschwindigkeitsregler im automatisierten Modus aktiviert ist.
  4. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Eingabegerät zur Steuerung der Modi umfasst.
  5. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabegerät mindestens ein Eingabeelement in Form eines Knopfes oder Schalters umfasst.
  6. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Aktor zur Ansteuerung eines konventionellen Bremssystem umfasst.
  7. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Sensor zur Erfassung eines Beanspruchungszustandes eines fahrzeugführenden Benutzers umfasst.
  8. Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug als ein Mikromobil, ein Biohybrid oder ein Velomobil ausgebildet ist.
  9. Abstandsadaptiver Geschwindigkeitsregler zur Längsführung eines muskelkraftunterstützten Fahrzeugs, welcher dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit und den Abstand des muskelkraftunterstützten Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass der abstandsadaptive Geschwindigkeitsregler ausgebildet ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu regeln sowie Sensorsignale des Fahrzeugs zu empfangen und diese zur Regelung zu nutzen, wobei bei Unterschreitung einer vorbestimmten Abstandssollgröße ein Signal erzeugt wird, welches auch bei einer anhaltenden Krafteinleitung durch einen Benutzer am Tretkurbelgenerator eine Geschwindigkeitsreduzierung des Fahrzeugs bewirkt.
  10. Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit eines muskelkraftunterstützten Fahrzeugs gegenüber einem vorausfahrenden Fahrzeug, wobei das muskelkraftunterstützte Fahrzeug einen Tretkurbelgenerator und einen Antriebsmotor aufweist, die über einen Antriebsstrang gekoppelt sind, sowie einen abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler, der erfasste Sensorsignale des Fahrzeugs empfängt und Abstand und Geschwindigkeit regelt, folgende Verfahrensschritte umfassend: - Festlegen einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit; - Regeln des Antriebsmotors um die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit konstant zu halten, wobei folgende Parameter in die Regelung einfließen: eine am Tretkurbelgenerator erzeugte Leistung und/oder eine voreingestellte unterstützende Antriebsmotorleistung sowie die erfassten Sensorsignale des Fahrzeugs; - Prüfen einer vorbestimmten Abstandsgröße zu einem vorausfahrenden Fahrzeug; und - Regeln des Antriebsmotors sowie Entkoppeln des Tretkurbelgenerators vom Antriebsstrang beim Auftreten einer über den Tretkurbelgenerator eingeprägten Antriebskraft, die zu einer Unterschreitung der Abstandsgröße führen würde, wobei die vom Tretkurbelgenerator erzeugte Energie dann in einen Energiespeicher oder in einen Energiewandler eingespeist wird.
DE102017107205.5A 2017-04-04 2017-04-04 Muskelkraftunterstütztes Fahrzeug mit einem abstandsadaptiven Geschwindigkeitsregler, Abstandsadaptiver Geschwindigkeitsregler und Verfahren zum Regeln eines Abstandes und einer Geschwindigkeit Pending DE102017107205A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20020100628A1 (en) 2000-09-11 2002-08-01 Jones Diane Drayden Cruise control bike
US6684971B2 (en) 2002-02-26 2004-02-03 Giant Manufacturing Co., Ltd. Intelligent electric bicycle automatically operable in different modes
DE102013215759A1 (de) 2013-08-09 2015-02-12 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Geschwindigkeitsregelanordnung für ein Fahrrad und Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Fahrrades
DE102015107163A1 (de) 2015-05-07 2016-11-10 Carbofibretec Gmbh Antrieb eines muskelbetriebenen Fahrzeugs mit integriertem und entkoppelbarem Elektroantrieb

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