DE102018203983B3 - Method and device for controlling a motor drive unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung basiert auf der Ansteuerung einer motorischen Antriebseinheit, die für den wenigstens teilweisen Antrieb eines Zweirads neben der durch den Fahrer aufgebrachten muskulären Trittkraft vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist dabei ein Verfahren zur Erfassung der Leistung des Fahrers vorgesehen bzw. eine Vorrichtung, die dieses Verfahren anwendet. Die Leistung des Fahrers wird dabei zunächst für eine erste Leistungsgröße erfasst, die nachfolgend als Referenzgröße dient. Diese erste Leistungsgröße repräsentiert dabei bevorzugt eine Antriebsleitung des Fahrers, die z.B. während einer vorherigen Fahrt vor der aktuellen Fahrt des Fahrers erfasst und abgespeichert wurde. Darüber hinaus ist jedoch auch möglich, die aktuelle Fahrt in mehrere Segmente zu zerlegen, um so die (aktuelle) Leistung des Fahrers im aktuellen Segment mit der vorherigen Leistung (durch die erfasste erste Leistungsgröße) in einem früheren Segment zu vergleichen. Um diesen Vergleich zu ermöglichen, wird eine zweite Leistungsgröße des Fahrers als Aktivitätsgröße erfasst. Aus dem Vergleich der beiden Leistungsgrößen lässt sich dann erfindungsgemäß einer Steuerung für die Antriebseinheit ableiten. Diese Steuerung kann eigenständig zum Betrieb der Antriebseinheit verwendet werden oder als Modifikation für eine vom System vorgesehen Ansteuerung in Abhängigkeit des Fahrerverhaltens dienen, z.B. in Form von vorbestimmten oder wählbaren Unterstützungslevel.The invention is based on the control of a motor drive unit, which is provided for the at least partial drive of a bicycle in addition to the applied by the driver muscular tread force. According to the invention, a method is provided for detecting the driver's power or a device that uses this method. The driver's performance is initially recorded for a first performance quantity, which subsequently serves as a reference variable. This first power quantity preferably represents a drive line of the driver, e.g. was recorded and saved during a previous trip before the driver's current drive. In addition, however, it is also possible to break the current trip into several segments so as to compare the driver's (current) performance in the current segment with the previous service (by the detected first performance measure) in an earlier segment. In order to make this comparison possible, a second performance quantity of the driver is recorded as an activity variable. From the comparison of the two performance quantities can then be derived according to the invention a control for the drive unit. This control can be used independently to operate the drive unit or serve as a modification to a drive provided by the system as a function of the driver's behavior, e.g. in the form of predetermined or selectable levels of assistance.
Description
Stand der TechnikState of the art
Bei gängigen Elektrofahrrädern erfolgt die Antriebsunterstützung mittels vorgewählter Unterstützungsmodi. Hierbei kann beispielsweise zwischen sportlicher oder reichweitenoptimierter Unterstützung gewählt werden. Wesentliche Merkmale dieser Unterstützungsmodi sind dabei, inwieweit die Zuschaltung durch die motorische Antriebseinheit in Abhängigkeit von der Tretleistung oder der Trittdrehzahl des Fahrers auf die Tretkurbel gesteuert wird. Hierbei gibt es beispielsweise proportionale oder dynamische Abhängigkeiten. Einzelne Modelle erlauben es dem Fahrer auch, eigene Abhängigkeiten zu definieren.With conventional electric bicycles, the propulsion support is provided by means of preselected support modes. Here, for example, between athletic or range-optimized support can be selected. Significant features of these support modes are the extent to which the connection is controlled by the motor drive unit depending on the pedaling or the pedaling speed of the driver on the pedal. For example, there are proportional or dynamic dependencies. Individual models also allow the driver to define their own dependencies.
Darüber hinaus sind auch Elektrofahrräder bekannt, die kardiologische Werte als Grundlage zur Ansteuerung der Motorunterstützung heranziehen. So kann beispielsweise die Herzfrequenz verwendet werden, um dem Fahrer entweder einen größeren oder einen geringen Anteil der Antriebsleistung zu überlassen, z.B. zu Fitnesszwecken oder zur Vermeidung einer Überbeanspruchung.In addition, electric bicycles are known which use cardiological values as the basis for controlling the motor assistance. For example, the heart rate may be used to provide the driver with either a greater or lesser amount of drive power, e.g. for fitness purposes or to avoid overuse.
Aus der Schrift
Aus den Schriften
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die beanspruchte Erfindung basiert auf der Ansteuerung einer motorischen Antriebseinheit, die für den wenigstens teilweisen Antrieb eines Zweirads neben der durch den Fahrer aufgebrachten muskulären Trittkraft vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist dabei ein Verfahren zur Erfassung der Leistung des Fahrers vorgesehen bzw. eine Vorrichtung, die dieses Verfahren anwendet. Die Leistung des Fahrers wird dabei zunächst für eine erste Leistungsgröße erfasst, die nachfolgend als Referenzgröße dient. Diese erste Leistungsgröße repräsentiert dabei bevorzugt eine Antriebsleitung des Fahrers, die z.B. während einer vorherigen Fahrt vor der aktuellen Fahrt des Fahrers erfasst und abgespeichert wurde. Darüber hinaus ist jedoch auch möglich, die aktuelle Fahrt in mehrere Segmente zu zerlegen, um so die (aktuelle) Leistung des Fahrers im aktuellen Segment mit der vorherigen Leistung (durch die erfasste erste Leistungsgröße) in einem früheren Segment zu vergleichen. Um diesen Vergleich zu ermöglichen, wird eine zweite Leistungsgröße des Fahrers als Aktivitätsgröße erfasst. Aus dem Vergleich der beiden Leistungsgrößen lässt sich dann eine Steuerung für die Antriebseinheit ableiten. Die Erfassung der ersten und/oder zweiten Leistungsgröße kann automatisch erfolgen oder durch den Fahrer initiiert werden. Weiterhin ist denkbar, dass der Fahrer eine Zeit vorgibt, in der die Leistungsgrößen erfasst wird und davon abhängig zur Steuerung/Regelung der Antriebseinheit verwendet werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Leistungsgrößen in Abhängigkeit von vorgegebenen Fahrsituationen, wie beispielsweise einem Rennen, oder bestimmten Strecken, z.B. Anstiegen, erfasst bzw. zur Steuerung der Antriebsleistung der Antriebseinheit verwendet werden.The claimed invention is based on the control of a motor drive unit, which is provided for the at least partial drive of a bicycle in addition to the applied by the driver muscular tread force. According to the invention, a method is provided for detecting the driver's power or a device that uses this method. The driver's performance is initially recorded for a first performance quantity, which subsequently serves as a reference variable. This first power quantity preferably represents a drive line of the driver, e.g. was recorded and saved during a previous trip before the driver's current drive. In addition, however, it is also possible to break the current trip into several segments so as to compare the driver's (current) performance in the current segment with the previous service (by the detected first performance measure) in an earlier segment. In order to make this comparison possible, a second performance quantity of the driver is recorded as an activity variable. From the comparison of the two performance variables can then derive a control for the drive unit. The detection of the first and / or second performance variable can be automatic or initiated by the driver. Furthermore, it is conceivable that the driver prescribes a time in which the power quantities are detected and are used as a function of the control / regulation of the drive unit. It can also be provided that the output quantities are determined as a function of predetermined driving situations, such as a race, or specific routes, e.g. Rise, recorded or used to control the drive power of the drive unit.
Die Steuerung kann eigenständig zum Betrieb der Antriebseinheit verwendet werden oder als Modifikation für eine vom System vorgesehen Ansteuerung in Abhängigkeit des Fahrerverhaltens dienen, z.B. in Form von vorbestimmten oder wählbaren Unterstützungslevel.The controller may be used independently to operate the drive unit or serve as a modification to system-provided actuation depending on driver behavior, e.g. in the form of predetermined or selectable levels of assistance.
Der besondere Vorteil dieser Ansteuerung in Abhängigkeit eines Vergleiches der zu unterschiedlichen Zeitpunkten erbrachten (Fahrer-)Leistung besteht darin, dass die Antriebseinheit in Abhängigkeit von der Veränderung oder auch von einer gleichmäßigen Leistung des Fahrers gesteuert werden kann.The particular advantage of this control as a function of a comparison of the (driver) power provided at different times is that the drive unit can be controlled as a function of the change or also of a uniform power of the driver.
So kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Antriebsleistung der Antriebseinheit gezielt in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der aktuellen zweiten Leistungsgröße (Aktivitätsgröße) und der ersten Leistungsgröße (Referenzgröße) gesteuert werden kann. Hierbei kann vorgesehen sein, dass bei einer großen Differenz die Antriebsleistung gegenüber einem normal gewählten Unterstützungslevel reduziert oder gerade gesteigert wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass nur bei einer in gewissen Grenzen gleichbleibenden Leistung, d.h. bei einer Differenz nahe Null, die Antriebsleistung der Antriebseinheit konstant gehalten wird, während bei einer negativen Differenz (geringere zweite Leistungsgröße) eine höhere Antriebsleistung durch die Antriebseinheit zur Verfügung gestellt wird, so dass eine Kompensation der nachlassenden Leistungsfähigkeit des Fahrers erfolgt. In einer anderen Ausführung der Ansteuerung kann vorgesehen sein, dass der Fahrer gerade in Abhängigkeit einer (großen) positiven Differenz von einem zusätzlichen Boost an Antriebsleistung profitieren kann.Thus, in one embodiment, it may be provided that the drive power of the drive unit can be controlled in a controlled manner as a function of the difference between the current second power variable (activity variable) and the first power variable (reference variable). In this case, it can be provided that, given a large difference, the drive power is reduced or just increased compared to a normally selected assistance level. Likewise it can be provided that only at a constant power within certain limits, ie at a difference near zero, the drive power of the drive unit is kept constant, while at a negative difference (lower second power size) a higher drive power is provided by the drive unit , so that a compensation of the declining performance of the driver is done. In another embodiment of the control can be provided that the driver just in dependence of a (large) positive difference can benefit from an additional boost to drive power.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Ansteuerkonzepte für die Antriebseinheit in Abhängigkeit für das Über- oder Unterschreiten eines Schwellenwerts für die Differenz aus zweiter und erster Leistungsgröße vorgenommen wird. So kann beispielsweise bei einer ausreichend hohen negativen Differenz eine gegenüber einem normalen Unterstützungsmodus erhöhte Antriebsleistung vorgesehen sein, während bei einer ausreichend hohen positiven Differenz keine Modifizierung des Unterstützungsmodus vorgesehen ist.In one development of the invention, provision can be made for different drive concepts for the drive unit to be made as a function of exceeding or falling below a threshold value for the difference between the second and first output variables. For example, with a sufficiently high negative difference, a drive power increased over a normal assist mode may be provided, while no modification of the assist mode is provided with a sufficiently high positive difference.
Als erste bzw. zweite Leistungsgröße kann die Durchschnittsleistung oder die integrale Antriebsleistung des Fahrers erfasst werden, die dieser mittels der Tretkurbel auf dem Zweirad erbracht hat oder aktuell erbringt, insbesondere während einer vorbestimmten Zeit. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch die generelle Antriebsenergie des Fahrers erfasst werden, aus der eine „virtuelle Batterie“ abgeleitet werden kann. Diese in einem vorherigen Zyklus erzeugte Energie stellt dabei die maximal mögliche Energie dar, die für eine (zusätzliche) Ansteuerung der Antriebseinheit in Abhängigkeit von der nachfolgenden zweiten Leistungsgröße zur Verfügung steht. So kann vorgesehen sein, dass eine zusätzliche Antriebsleistung durch die Antriebseinheit nur solange möglich ist, wie die zweite Leistungsgröße bzw. die aktuell erzeugte Leistung pro berücksichtigter Zeiteinheit größer als die während einer vorherigen Zeiteinheit geleistete erste Leistungsgröße bzw. zuvor erzeugte Leistung ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Fahrer durch seine Antriebsleistung „virtuelle Energie“ für nachfolgende Ansteuerungen bzw. Unterstützungen „erzeugen“. Tatsächlich wird die so „erzeugte virtuelle Energie“ nicht zum Antrieb verwendet, sondern dient lediglich als Bezugsgröße, um daraus die Antriebseinheit mittels des tatsächlich am Zweirad vorhandenen Energiespeichers, z.B. einem Akkumulator zur Verfügung zu steuern bzw. zu regeln.The first or second performance variable can be the average power or the integral drive power of the driver can be detected, which has provided by means of the pedal on the bicycle or currently provides, in particular during a predetermined time. In a particular embodiment of the invention, the general drive energy of the driver can be detected, from which a "virtual battery" can be derived. This energy generated in a previous cycle represents the maximum possible energy that is available for (additional) control of the drive unit as a function of the subsequent second power quantity. Thus, it can be provided that an additional drive power is only possible by the drive unit as long as the second power quantity or the currently generated power per time unit considered is greater than the first power level or power previously generated during a previous time unit. By means of such an embodiment, the driver can "generate" virtual energy for subsequent drives or supports by means of his drive power. In fact, the so-called "virtual energy" is not used for propulsion, but merely serves as a reference to derive therefrom the propulsion unit by means of the energy store actually present on the bicycle, e.g. To control an accumulator available.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung kann die Erfassung der ersten Leistungsgröße, die die Referenzgröße bzw. den Referenzwert darstellt, abhängig davon gemacht werden, dass der Fahrer mit seiner aktuellen Antriebsleistung, der Aktivitätsgröße, einen ersten Schwellenwert überschreitet.In a particular embodiment of the invention, the detection of the first power variable, which represents the reference variable or the reference value, be made dependent on the fact that the driver exceeds with his current drive power, the activity size, a first threshold.
Eine Möglichkeit, die erste und zweite Leistungsgröße zu erfassen besteht darin, das Fahrertretmoment auf die Pedale bzw. die Tretkurbel und/oder die Trittfrequenz zu erfassen. Darüber hinaus ist jedoch auch jede andere Erfassung der Fahrertretleistung hierzu geeignet.One way to detect the first and second performance variable is to capture the Fahrertretmoment on the pedals or the pedal crank and / or the cadence. In addition, however, any other detection of Fahrertretleistung is suitable.
Die Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit des Zweirads kann zusätzlich zum Vergleich der ersten und zweiten Leistungsgröße auch vom Ladezustand des Energiespeichers abhängen, durch den die Antriebseinheit versorgt wird. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Modifikation der Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit von einer erfassten Fahrsituation, einer manuellen Vorgabe durch den Fahrer und/oder dem Überschreiten eines weiteren Schwellenwerts durch die erste und/oder zweite Leistungsgröße erfolgt. Hierzu kann jeweils vorgesehen sein, dass die erste Leistungsgröße beim Vorliegen einer der vorstehenden Fälle mittels eines Faktors modifiziert wird. So ist denkbar, die erste Leistungsgröße, z.B. eine „virtuelle Batterie“ herab oder heraufzuskalieren, je nach Trainingsstand des Fahrers, um den Fahrer zum weiteren Training zu motivieren, indem nur ein Teil der bisherigen Leistung berücksichtigt wird oder zu belohnen, indem ein höherer Anteil der bisherigen Leistung zur Verfügung steht.The control of the motor drive unit of the two-wheel can also depend on the state of charge of the energy storage device, by which the drive unit is supplied in addition to the comparison of the first and second performance. Optionally, it can also be provided that the modification of the control of the motor drive unit from a detected driving situation, a manual specification by the driver and / or the exceeding of a further threshold value by the first and / or second performance variable. For this purpose, it may be provided in each case that the first performance variable is modified by means of a factor in the presence of one of the above cases. Thus, it is conceivable that the first performance quantity, e.g. depending on the rider's level of training to motivate the rider to continue training by taking into account or rewarding only a portion of the previous performance by providing a higher proportion of previous performance.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.Further advantages will become apparent from the following description of exemplary embodiments or from the dependent claims.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt die Anwendung der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung. In den2 bis4 sind Verfahren dargestellt, mit denen sich die Erfindung realisieren lässt.1 shows the application of the invention with reference to a schematic representation of a device. In the2 to4 methods are shown, with which the invention can be realized.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der
Generell kann das Steuergerät unabhängig von der vorliegenden Erfindung auch dazu eingerichtet sein, den normalen Betrieb des Antriebssystems des wenigstens teilweise mittels eines Motors antreibbaren Zweirads, z.B. einem Elektrofahrrad zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere fest vorgegebene oder durch den Fahrer selbst vorgebbare Unterstützungslevel verwendet werden, um die Unterstützung der Fortbewegung des Zweirads, insbesondere des Elektrofahrrads, in Abhängigkeit von der Trittbetätigung der Pedale und/oder der Tretkurbel durch den Fahrer zu steuern bzw. zu regeln. Hierbei können beispielsweise Unterstützungslevel vorgesehen sein, die im unteren Geschwindigkeitsbereich eine höhere Motorunterstützung und in einem höheren Geschwindigkeitsbereich eine niedrigere Motorunterstützung zur Verfügung stellen oder umgekehrt. Mittels der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass diese vorgegebenen und/oder vorgebbaren Unterstützungslevel in Abhängigkeit der Leistung aus vorherigen Fahrzyklen oder vorgegebenen bzw. vorgewählten Zeiträumen angepasst bzw. modifiziert werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Steuergerät bei der Anwendung der Erfindung die vorgegebenen Unterstützungslevel komplett durch eigene Unterstützungslevel ersetzt, die beispielhaft nachfolgend anhand der Verfahren beschrieben werden.In general, independently of the present invention, the controller may also be adapted to control the normal operation of the drive system of the at least partially motor-driven two-wheeler, e.g. to control or regulate an electric bicycle. For this purpose, it may be provided that one or more fixed or predetermined by the driver self-assistance level are used to control the support of locomotion of the bicycle, especially the electric bicycle, depending on the pedaling of the pedals and / or the pedal crank by the driver or to regulate. For example, assistance levels may be provided which provide higher engine assistance in the lower speed range and lower engine assistance in a higher speed range, or vice versa. By means of the invention it can be provided that these predetermined and / or predefinable assistance levels are adapted or modified as a function of the power from previous driving cycles or predetermined or preselected periods of time. However, it can also be provided that the control unit in the application of the invention completely replaces the given level of support with its own level of support, which will be described by way of example below with reference to the method.
Anhand des Flussdiagramms der
Die Erfassung der Leistungsgröße in Schritt
Es ist jedoch auch denkbar, dass die erste Leistungsgröße permanent aktualisiert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Erzeugung bzw. Aktualisierung abhängig von einzelnen Fahrten bzw. Strecken, zusammenhängenden Fahrten an einem Tag oder bei Erreichen bestimmter Fahrtziele erfolgt.However, it is also conceivable that the first performance variable is permanently updated. It can be provided that the generation or updating is done depending on individual trips or routes, contiguous journeys in a day or when certain destinations.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Erfassung bzw. Bildung der ersten Leistungsgröße im Schritt
Die Durchführung des Verfahrens nach
Als erste Leistungsgröße kann beispielsweise eine Durchschnittsleistung berechnet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die erzeugte Leistung pro Zeiteinheit als Maßstab für die erste Leistungsgröße zu verwenden, so dass eine vom Fahrer geleistete Arbeit bzw. erfasst wird. Diese geleistete Fahrerenergie kann als „virtuelle Batterie“ angesehen werden, die vom Fahrer befüllt oder mit den nachfolgenden Verfahren als Modifikation für die Ansteuerung bzw. Modifizierung der Antriebsleistung durch die Antriebseinheit genutzt werden kann.For example, an average power can be calculated as the first performance variable. Alternatively, it may be provided to use the generated power per unit of time as a measure of the first power quantity, so that a work performed by the driver or is detected. This driver energy provided can be regarded as a "virtual battery", which can be filled by the driver or used with the following methods as a modification for the control or modification of the drive power by the drive unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, die erste Leistungsgröße im Schritt
Die Anwendung der mit dem Verfahren gemäß der
Die Steuerung bzw. Regelung kann dabei derart erfolgen, dass die Differenz zwischen der zweiten und der ersten Leistungsgröße für die Ansteuerung herangezogen wird. So kann vorgesehen sein, dass bei einer großen Differenz, d.h. bei einer höheren aktuellen Leistung, die Motorleistung und somit der Antrieb durch die Antriebseinheit entweder reduziert oder quasi als Belohnung gesteigert wird, z.B. gegenüber einem Normalbetrieb mit vorgewähltem Unterstützungslevel. In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung und/oder eine Regelung der Antriebseinheit nur vorgenommen wird, wenn die Differenz größer Null ist, d.h. der Fahrer beispielsweise eine größere aktuelle Durchschnittsleistung als zum Referenzzeitraum liefert. Im umgekehrten Fall kann auch vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit nur angesteuert wird, wenn die aktuelle (Durchschnitts) Leistung (zweite Leistungsgröße) geringer als die Referenzleistung (erste Leistungsgröße) ist. In diesem Fall könnte die Antriebseinheit die geringere Leistung für den Vortrieb kompensieren.The control or regulation can take place in such a way that the difference between the second and the first power variable is used for the control. Thus, it may be provided that if there is a large difference, i. at a higher actual power, the motor power and thus the drive by the drive unit is either reduced or quasi rewarded, e.g. compared to a normal operation with preselected assistance level. In a further embodiment it can be provided that a drive and / or a control of the drive unit is only performed when the difference is greater than zero, i. For example, the driver provides a larger average power than the reference period. In the opposite case, it can also be provided that the drive unit is only activated if the current (average) power (second power size) is lower than the reference power (first power level). In this case, the drive unit could compensate for the lower power for propulsion.
Stellt die erste Leistungsgröße eine vom Fahrer erbrachte Arbeit bzw. Energie dar, kann der Schritt
Optional kann vorgesehen sein, dass nach dem Schritt
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird in einem weiteren Schritt
Es sei dabei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es auch möglich sein kann, dass das Verfahren nach
Zur Ansteuerung der Antriebseinheit im Schritt
Eine weitere optionale Ausgestaltung erfolgt im Schritt
In einem weiteren optionalen Schritt
Mit dem optionalen Schritt
Die Schritte
Claims (10)
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DE102018203983.6A DE102018203983B3 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | Method and device for controlling a motor drive unit |
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DE102018203983.6A Active DE102018203983B3 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | Method and device for controlling a motor drive unit |
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DE (1) | DE102018203983B3 (en) |
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