DE102018213852A1 - Method and device for operating an auxiliary electric drive and drive device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs (104) für ein Fahrrad (100) weist einen Schritt des Bestimmens eines geschätzten Drehwinkels einer Welle (108) des Hilfsantriebs (104) unter Verwendung eines in eine Spule des Hilfsantriebs (104) eingespeisten Anregungssignals, einen Schritt des Bestimmens einer gemessenen Drehrichtung der Welle (108) unter Verwendung eines Sensorsignals, das ein von einem mit der Welle (108) gekoppelten Neigungssensor (106) bereitgestelltes Signal repräsentiert, einen Schritt des Bestimmens einer angenommen Drehrichtung der Welle (108) unter Verwendung eines Anforderungssignals, das eine Richtung eines von dem Hilfsantrieb (104) angeforderten und auf die Welle (108) wirkenden Drehmoments anzeigt, und einen Schritt des Ermittelns eines korrigierten Drehwinkels der Welle (108) unter Verwendung des geschätzten Drehwinkels, der gemessenen Drehrichtung und der angenommenen Drehrichtung.A method for operating an auxiliary electric drive (104) for a bicycle (100) comprises a step of determining an estimated angle of rotation of a shaft (108) of the auxiliary drive (104) using an excitation signal fed into a coil of the auxiliary drive (104) determining a measured direction of rotation of the shaft (108) using a sensor signal representing a signal provided by an inclination sensor (106) coupled to the shaft (108), a step of determining an assumed direction of rotation of the shaft (108) using a request signal indicating a direction of torque requested by the auxiliary drive (104) and acting on the shaft (108), and a step of determining a corrected rotation angle of the shaft (108) using the estimated rotation angle, the measured rotation direction and the assumed rotation direction.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs und auf eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad.The present invention relates to a method and a device for operating an electrical auxiliary drive and to a drive device for a vehicle, in particular for a bicycle.
Zum Betrieb eines elektrischen Hilfsantriebs, beispielsweise für ein Fahrrad, ist die Kenntnis einer aktuellen Drehposition des Hilfsantriebs vorteilhaft, beispielsweise um ein ruckfreies Zuschalten des Hilfsantriebs zu ermöglichen.To operate an electrical auxiliary drive, for example for a bicycle, knowledge of a current rotational position of the auxiliary drive is advantageous, for example to enable the auxiliary drive to be switched on smoothly.
In der
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs und eine verbesserte Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved method and an improved device for operating an auxiliary electric drive and an improved drive device for a vehicle, in particular for a bicycle, according to the main claims. Advantageous configurations result from the subclaims and the following description.
Die aktuelle Drehposition des Hilfsantriebs kann unter Verwendung eines Sensors ermittelt werden, der vorteilhafterweise auch außerhalb des Hilfsantriebs angeordnet werden kann. Die Kenntnis der aktuellen Drehposition des Hilfsantriebs ist wichtig für den Betrieb des Hilfsantriebs. Die Verwendung eines solchen Sensors, beispielsweise in Form eines Neigungssensors, ermöglicht es, ein elektrisch unterstützten Fahrrad zu realisieren, bei dem die Verwendung von Positionssensoren in dem Hilfsantrieb vermieden wird. Dadurch können Kosten reduziert, die Zuverlässigkeit erhöht und auch Platz eingespart werden.The current rotational position of the auxiliary drive can be determined using a sensor, which can advantageously also be arranged outside the auxiliary drive. Knowing the current rotary position of the auxiliary drive is important for the operation of the auxiliary drive. The use of such a sensor, for example in the form of an inclination sensor, makes it possible to implement an electrically assisted bicycle in which the use of position sensors in the auxiliary drive is avoided. This can reduce costs, increase reliability and also save space.
Ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, umfasst die folgenden Schritte:
- Bestimmen eines geschätzten Drehwinkels einer Welle des Hilfsantriebs unter Verwendung eines in eine Spule des Hilfsantriebs eingespeisten Anregungssignals;
- Bestimmen einer gemessenen Drehrichtung der Welle unter Verwendung eines Sensorsignals, das ein von einem mit der Welle gekoppelten Sensor, beispielsweise einem Neigungssensor, bereitgestelltes Signal repräsentiert;
- Bestimmen einer angenommen Drehrichtung der Welle unter Verwendung eines Anforderungssignals, das eine Richtung eines von dem Hilfsantrieb angeforderten und auf die Welle wirkenden Drehmoments anzeigt; und
- Ermitteln eines korrigierten Drehwinkels der Welle unter Verwendung des geschätzten Drehwinkels, der gemessenen Drehrichtung und der angenommenen Drehrichtung.
- Determining an estimated angle of rotation of a shaft of the auxiliary drive using an excitation signal fed into a coil of the auxiliary drive;
- Determining a measured direction of rotation of the shaft using a sensor signal that represents a signal provided by a sensor coupled to the shaft, for example an inclination sensor;
- Determining an assumed direction of rotation of the shaft using a request signal which indicates a direction of a torque requested by the auxiliary drive and acting on the shaft; and
- Determining a corrected angle of rotation of the shaft using the estimated angle of rotation, the measured direction of rotation and the assumed direction of rotation.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein einen manuellen Antrieb oder einen Verbrennungsmotor und zusätzlich den elektrischen Hilfsantrieb aufweisendes Fahrzeug handeln. Der Hilfsantrieb kann zum alleinigen oder unterstützenden Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrrad, ein sogenanntes E-Bike oder Pedelec handeln. Wenn der Hilfsantrieb aktiv ist, kann der Hilfsantrieb ein zumindest unterstützendes Drehmoment auf die Welle ausüben. Der geschätzte Drehwinkel kann unter Verwendung bekannter Verfahren bestimmt werden, bei denen ein Anregungssignal in den Hilfsantrieb eingespeist wird. Dazu kann beispielsweise eine Charakteristik des Anregungssignals während des Einspeisens oder ein aus dem Anregungssignal resultierendes Antwortsignal ausgewertet werden. Die Charakteristik kann von einer Relativposition zwischen einem Rotor und einem Stator des Hilfsantriebs abhängig sein. Unter Verwendung einer vorbekannten Abhängigkeit der Charakteristik von der Relativposition kann auf den geschätzten Drehwinkel geschlossen werden. Das Anregungssignal kann ein Signal sein, dass einem zum Betrieb des Hilfsantriebs erforderlichen Steuersignal, beispielsweise in Form einer Betriebsspannung, überlagert sein kann. Die gemessene Drehrichtung kann beispielsweise durch Auswerten zeitlich aufeinanderfolgender Werte des Sensorsignals bestimmt werden. Bei dem Sensor kann es sich um einen Sensor handeln, der geeignet ist, um die Drehrichtung direkt zu erfassen oder der geeignet ist, um ein Signal bereitzustellen, aus dem die Drehrichtung bestimmt werden kann. Alternativ zu einem Neigungssensor kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor verwendet werden. Das Anforderungssignal kann eine Richtung des zumindest unterstützenden Drehmoments anzeigen, das nach dem Aktiveren des Hilfsantriebs oder bei aktivem Hilfsantrieb auf die Welle wirkt. Das Anforderungssignal kann beispielsweise ein von einer Antriebssteuerung des Hilfsantriebs bereitgestelltes Signal repräsentieren. Unter dem korrigierten Drehwinkel der Welle kann derjenige Winkel verstanden werden, von dem nach Durchführung der Schritte des genannten Verfahrens angenommen wird, dass er der aktuellen realen Drehposition entspricht. Der korrigierte Drehwinkel kann beispielsweise zum Bestimmen des Steuersignals zum Betreiben des Hilfsantriebs verwendet werden. Beispielsweise kann der korrigierte Drehwinkel verwendet werden, um eine Relativposition zwischen einem Rotor und einem Stator des Hilfsantriebs bei der Bestimmung des Steuersignals zu berücksichtigen. Dies ermöglicht beispielsweise ein ruckfreies Zuschalten des Hilfsantriebs.The vehicle can be a manual drive or an internal combustion engine and additionally the vehicle having the electric auxiliary drive. The auxiliary drive can be used for the sole or supportive drive of the vehicle. For example, the vehicle can be an electric bike, a so-called e-bike or pedelec. If the auxiliary drive is active, the auxiliary drive can exert an at least supporting torque on the shaft. The estimated angle of rotation can be determined using known methods in which an excitation signal is fed into the auxiliary drive. For this purpose, for example, a characteristic of the excitation signal during the feed-in or a response signal resulting from the excitation signal can be evaluated. The characteristic can depend on a relative position between a rotor and a stator of the auxiliary drive. The estimated angle of rotation can be inferred using a previously known dependency of the characteristic on the relative position. The excitation signal can be a signal that can be superimposed on a control signal required for operating the auxiliary drive, for example in the form of an operating voltage. The measured direction of rotation can be determined, for example, by evaluating chronologically successive values of the sensor signal. The sensor can be a sensor that is suitable for directly detecting the direction of rotation or that is suitable for providing a signal from which the direction of rotation can be determined. As an alternative to an inclination sensor, an acceleration sensor can be used, for example. The request signal can indicate a direction of the at least supporting torque which acts on the shaft after the auxiliary drive has been activated or when the auxiliary drive is active. The request signal can represent, for example, a signal provided by a drive control of the auxiliary drive. The corrected angle of rotation of the shaft can be understood to mean that angle which, after carrying out the steps of the method mentioned, is assumed to correspond to the current real rotational position. The corrected angle of rotation can be used, for example, to determine the control signal for operating the auxiliary drive. For example, the corrected angle of rotation can be used to take into account a relative position between a rotor and a stator of the auxiliary drive when determining the control signal. This enables the auxiliary drive to be switched on smoothly, for example.
Im Schritt des Ermittelns kann der geschätzte Drehwinkel als der korrigierte Drehwinkel ermittelt werden, wenn die angenommene Drehrichtung der gemessenen Drehrichtung entspricht. Über die angenommene Drehrichtung kann sehr einfach festgestellt werden, ob eine Korrektur des geschätzten Drehwinkels erforderlich ist. In the determining step, the estimated angle of rotation can be determined as the corrected angle of rotation if the assumed direction of rotation corresponds to the measured direction of rotation. The assumed direction of rotation can be used to determine very easily whether a correction of the estimated angle of rotation is necessary.
Ferner kann im Schritt des Ermittelns der korrigierte Drehwinkel als der um π rad korrigierte geschätzte Drehwinkel ermittelt werden, wenn die angenommene Drehrichtung der gemessenen Drehrichtung entgegengesetzt ist. In diesem Fall ist aus der angenommenen Drehrichtung ersichtlich, dass eine Korrektur des geschätzten Drehwinkels erforderlich ist. Die Verwendung der Einheit Radiant als Winkelmaß für die im Verfahren zu verarbeitenden Winkelwerte ist gängige Praxis, kann jedoch ohne Abänderung des hier beschriebenen Ansatzes durch andere Einheiten ersetzt werden. Durch die Korrektur kann eine 180° Positionsungenauigkeit der Rotorposition des Rotors des Hilfsantriebs gewährleistet werden.Furthermore, in the step of determining, the corrected angle of rotation can be determined as the estimated angle of rotation corrected by π rad when the assumed direction of rotation is opposite to the measured direction of rotation. In this case, it can be seen from the assumed direction of rotation that a correction of the estimated angle of rotation is necessary. The use of the unit radiant as an angle measure for the angle values to be processed in the method is common practice, but can be replaced by other units without changing the approach described here. The correction can ensure a 180 ° position inaccuracy of the rotor position of the rotor of the auxiliary drive.
Das Verfahren kann einen Schritt des Einspeisens des Anregungssignals in Form eines Hochfrequenzsignals umfassen. Beispielsweise kann ein Hochfrequenzsignal mit einer Signalform gewählt werden, die keine oder nur eine vernachlässigbare Antriebswirkung am Hilfsantrieb auslöst.The method can include a step of feeding the excitation signal in the form of a high-frequency signal. For example, a high-frequency signal can be selected with a signal shape that triggers no or only a negligible drive effect on the auxiliary drive.
Der Schritt des Ermittelns des korrigierten Drehwinkels kann während einer Inbetriebnahme des Hilfsantriebs durchgeführt werden. Die Kenntnis des korrigierten Drehwinkels ist dabei hilfreich, um einen Übergang zwischen einem rein manuellen Antrieb und einem durch den Hilfsantrieb unterstützten Antrieb möglichst fließend zu gestalten.The step of determining the corrected angle of rotation can be carried out during startup of the auxiliary drive. Knowledge of the corrected angle of rotation is helpful in order to make a transition between a purely manual drive and a drive supported by the auxiliary drive as fluid as possible.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines beobachteten Drehwinkels der Welle unter Verwendung eines Systemmodels des Hilfsantriebs umfassen. Zum Bestimmen des beobachteten Drehwinkels können alle geeigneten modelbasierten Verfahren eingesetzt werden, durch die der beobachtete Drehwinkel unter Verwendung zumindest einer Stellgröße oder Messgröße als nicht messbarer Zustand rekonstruiert werden kann. In einem Schritt des Ermitteins kann ein weiterer korrigierter Drehwinkels der Welle unter Verwendung des geschätzten Drehwinkels und des beobachteten Drehwinkels ermittelt werden. Der weitere korrigierte Drehwinkel kann beispielsweise zur Überprüfung des korrigierten Drehwinkels verwendet werden oder anstelle des korrigierten Drehwinkels eingesetzt werden, beispielsweise wenn die Welle eine Drehgeschwindigkeit aufweist, die über einen Geschwindigkeitsschwellenwert liegt.In one embodiment, the method may include a step of determining an observed angle of rotation of the shaft using a system model of the auxiliary drive. All suitable model-based methods can be used to determine the observed angle of rotation, by means of which the observed angle of rotation can be reconstructed as a non-measurable state using at least one manipulated variable or measured variable. In a step of determining, a further corrected angle of rotation of the shaft can be determined using the estimated angle of rotation and the observed angle of rotation. The further corrected angle of rotation can be used, for example, to check the corrected angle of rotation or can be used instead of the corrected angle of rotation, for example if the shaft has a speed of rotation which is above a speed threshold.
Beispielsweise kann der weitere korrigierte Drehwinkel dabei abhängig von einer Abweichung zwischen dem geschätzten Drehwinkel und dem beobachteten Drehwinkel entweder als der geschätzte Drehwinkel oder der beobachtete Drehwinkel ermittelt, oder aber als der um π rad korrigierte beobachtete Drehwinkel ermittelt werden. Auf diese Weise ist wiederum eine einfache Korrektur möglich.For example, the further corrected angle of rotation can be determined as a function of a deviation between the estimated angle of rotation and the observed angle of rotation either as the estimated angle of rotation or the angle of rotation observed, or else as the observed angle of rotation corrected by π rad. In this way, a simple correction is again possible.
Der Schritt des Ermittelns des weiteren korrigierten Drehwinkels kann während einer Inbetriebnahme des Hilfsantriebs bei einer über einem Geschwindigkeitsschwellenwert liegenden Drehgeschwindigkeit der Welle durchgeführt wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Welle der beobachtete Drehwinkel der Welle unter Verwendung des Systemmodels sehr genau bestimmt werden kann.The step of determining the further corrected angle of rotation can be carried out during startup of the auxiliary drive at a speed of rotation of the shaft which is above a speed threshold. This can be advantageous if the observed angle of rotation of the shaft can be determined very precisely using the system model at high rotational speeds of the shaft.
Das Verfahren kann einen Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals zum Ansteuern des Hilfsantriebs unter Verwendung des korrigierten Drehwinkels und zusätzlich oder alternativ unter Verwendung des weiteren korrigierten Drehwinkels umfassen. Das Steuersignal kann geeignet sein, um den Hilfsantrieb so anzusteuern, das der Hilfsantrieb ein Drehmoment zum alleinigen oder unterstützen Antreiben der welle bereitstellt. Das Steuersignal kann beispielsweise eine Wechselspannung oder ein Schaltsignal zum Schalten eines zum Betreiben des Hilfsantriebs eingesetzten Wechselrichters repräsentieren.The method can include a step of providing a control signal for actuating the auxiliary drive using the corrected rotation angle and additionally or alternatively using the further corrected rotation angle. The control signal can be suitable for driving the auxiliary drive in such a way that the auxiliary drive provides a torque for sole or assisted driving of the shaft. The control signal can represent, for example, an AC voltage or a switching signal for switching an inverter used to operate the auxiliary drive.
Der beschriebene Ansatz kann unter Verwendung einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad umgesetzt werden. Eine solche Vorrichtung ist eingerichtet, um die Schritte des genannten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.The described approach can be implemented using a device for operating an auxiliary electric drive for a vehicle, in particular for a bicycle. Such a device is set up to carry out and / or to control the steps of the mentioned method in corresponding units.
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function thereof. The device can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and / or software. In the case of a hardware configuration, the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which functions of the device are implemented. The interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of software training, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, weist die folgenden Merkmale auf:
- einen elektrischen Hilfsantrieb;
- einen Neigungssensor, der mit einer Welle des Hilfsantriebs gekoppelt und ausgebildet ist, um ein eine Neigung des Neigungssensors repräsentierendes Sensorsignal bereitzustellen; und
- einer genannte Vorrichtung zum Betreiben des Hilfsantriebs.
- an auxiliary electric drive;
- a tilt sensor coupled to a shaft of the auxiliary drive and configured to provide a sensor signal representative of a tilt of the tilt sensor; and
- a named device for operating the auxiliary drive.
Bei dem Hilfsantrieb kann es sich um eine geeignete elektrische Maschine, beispielweise in Form eines Gleichstrom-, Wechsel- oder Drehstrommotor handeln. Es kann sich um einen Hilfsantrieb handeln, wie er beispielsweise bei E-Bikes oder Pedelecs bereits eingesetzt wird. Bei dem Neigungssensor kann es sich um einen bekannten Sensor handeln, der einen Neigungswinkel überwachen kann. Beispielsweise kann der Neigungssensor als ein mikroelektromechanischer Sensor mit einem FederMasse-System realisiert sein. Der Neigung des Neigungssensor kann eine Drehposition der Welle zugeordnet sein. Der Neigungssensor kann direkt an der Welle oder an einem mit der Welle gekoppelten Teil der Welle angeordnet sein. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle zum Empfangen des Sensorsignals aufweisen. Das Sensorsignal kann eine Neigung oder eine Drehgeschwindigkeit der Welle anzeigen.The auxiliary drive can be a suitable electrical machine, for example in the form of a direct current, alternating or three-phase motor. It can be an auxiliary drive of the type already used for e-bikes or pedelecs, for example. The inclination sensor can be a known sensor that can monitor an inclination angle. For example, the inclination sensor can be implemented as a microelectromechanical sensor with a spring mass system. A rotation position of the shaft can be assigned to the inclination of the inclination sensor. The inclination sensor can be arranged directly on the shaft or on a part of the shaft coupled to the shaft. The device can have an interface for receiving the sensor signal. The sensor signal can indicate an inclination or a rotational speed of the shaft.
Beispielsweise kann der Neigungssensor außerhalb des Hilfsantriebs angeordnet sein. Auf diese Weise ist der Neigungssensor einfach zugänglich.For example, the inclination sensor can be arranged outside the auxiliary drive. In this way, the inclination sensor is easily accessible.
Die Antriebsvorrichtung kann ein mit der Welle gekoppeltes Pedal aufweisen. Dabei kann der Neigungssensor an dem Pedal angeordnet sein. Das Pedal bietet ausreichend Platz für eine geschützte Anordnung des Neigungssensors.The drive device can have a pedal coupled to the shaft. The tilt sensor can be arranged on the pedal. The pedal offers enough space for a protected arrangement of the inclination sensor.
Alternativ zu einem Neigungssensor kann auch auf eine andere Sensorart zurückgegriffen werden, die eine Bestimmung einer Drehrichtung der Welle ermöglicht. Vorteilhafterweise kann somit eine pi-Unsicherheit bei sensorlose Regelung für niedrige Drehzahlen durch einen Positionssensor der Pedale gelöst werden, wobei sich sensorlos auf den Hilfsantrieb beziehen kann. Durch ein solches Lösen der pi-Unsicherheit werden Drehmomentsprünge vermieden, da keine Stromsprünge in der q-Achse appliziert werden müssen. Ferner sind keine Hardwareänderungen am Hilfsantrieb erforderlich.As an alternative to an inclination sensor, another type of sensor can be used, which enables a direction of rotation of the shaft to be determined. Advantageously, a pi-uncertainty in sensorless control for low speeds can be solved by a position sensor of the pedals, which can refer to the auxiliary drive without sensors. By solving the pi uncertainty in this way, torque jumps are avoided since no current jumps have to be applied in the q axis. Furthermore, no hardware changes to the auxiliary drive are required.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also advantageous is a computer program product with program code, which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the above-described embodiments when the program is on a computer or a device is performed.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrrads mit einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 ein Blockdiagramm zum Ermitteln eines korrigierten Drehwinkels gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 ein Blockdiagramm zum Ermitteln eines weiteren korrigierten Drehwinkels gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Hilfsantriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a schematic representation of a bicycle with a device for operating an electric auxiliary drive according to an embodiment; -
2 a schematic representation of a device for operating an electrical auxiliary drive according to an embodiment; -
3 a block diagram for determining a corrected rotation angle according to an embodiment; -
4 a block diagram for determining a further corrected rotation angle according to an embodiment; and -
5 a flowchart of a method for operating an electrical auxiliary drive according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and acting in a similar manner, and a repeated description of these elements is omitted.
Der Hilfsantrieb
Im Betrieb des Hilfsantriebs
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Zur Einspeisung des Anregungssignals
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Ermittlungseinrichtung
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bestimmungseinrichtung
Zum Bestimmen des beobachteten Drehwinkels
Dabei ist die Ermittlungseinrichtung
Wenn die Abweichung in einem ersten Bereich liegt, ist die Ermittlungseinrichtung
Wenn die Abweichung in einem zweiten Bereich liegt, ist die Ermittlungseinrichtung
Die Steuereinrichtung
Die Funktionalitäten der gezeigten Einrichtungen
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zumindest einige der Funktionalitäten der Einrichtungen
Gezeigt ist der Neigungssensor
Ferner ist die Bestimmungseinrichtung
Eine Ermittlungseinrichtung
Der beschriebene Ansatz ermöglich gemäß einem Ausführungsbeispiel ein sensorloses Anfahren mit Einprägung von HF-Signalen mit Ablösung der π-rad Unsicherheit durch eine Neigungssensor-gesteuerte Pedalpositionierung. Sensorlos kann in diesem Sinne bedeuten, dass kein innerhalb des Hilfsmotors verbauter Sensor benötigt wird. Über die Einprägung der HF-Signale, die als Anregungssignale aufgefasst werden können, kann der geschätzten Drehwinkel
Vorteilhafterweise kann auf diese Weise eine Steuerung des Hilfsantriebs in Form einer elektrischen Maschine in E-Bikes oder Pedelec-Anwendungen ohne die Verwendung von Positionssensoren realisiert werden. Dabei kann ein elektrisch unterstütztes Fahrrad oder ein anderes elektrisch unterstütztes Fahrzeug mit einem Zusatzmerkmal zur Pedalpositionierung bei Nulldrehzahl mit einem Neigungssensor
Bei dem beschriebenen Ansatz zur sensorlosen Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit kann eine Unsicherheit von π Radiant bei der ersten Winkelschätzung behoben werden. Dieser Ansatz kann anstelle oder zusätzlich zu der Injektion von Spannungsimpulsen in q-Richtung verwendet werden, die dazu führen, dass der Motor akustische Störungen erzeugt. Vorteilhafterweise funktioniert der hier beschriebene Ansatz für alle gängigen Arten von Maschinen, da spezielle Konstruktionseigenschaften der Maschinen bei dem hier beschriebenen Ansatz nicht störend sind. Somit können unabhängig von der Art des Hilfsantriebs zuverlässige Ergebnisse für den korrigierten Drehwinkel
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dazu der Neigungssensor
Anhand des in
Der Wert θcorr des korrigierten Drehwinkels
Die Wahl zwischen diesen beiden Optionen wird gemäß basierend auf dem Vorzeichen des angewiesenen Motordrehmoments, dem erwarteten Vorzeichen für die Drehgeschwindigkeit ωpedal und deren tatsächlichen Wert getroffen. Die Drehgeschwindigkeit kann der Pedalgeschwindigkeit entsprechen. Wenn das Vorzeichen von ωpedal seinem erwarteten Wert entspricht, dann wird Gleichung (1) gewählt. Wenn das Vorzeichen von ωpedal dem erwarteten Wert entgegengesetzt ist, dann wird Gleichung (2) gewählt.The choice between these two options is made based on the sign of the instructed engine torque, the expected sign for the speed of rotation ω pedal and its actual value. The speed of rotation can correspond to the pedal speed. If the sign of ω pedal corresponds to its expected value, then equation (1) is chosen. If the sign of ω pedal is opposite to the expected value, then equation (2) is chosen.
In diesem Fall kann die Bewegung des Pedals akzeptiert werden, da die Bewegung der Funktion der Positionierung des Pedals innewohnt. Wenn diese Funktion nicht verfügbar ist, kann die Pedalbewegung trotzdem akzeptiert werden, wenn sie minimal gehalten wird. Dies ist nur notwendig, um das Vorzeichen der Pedalgeschwindigkeit zu erkennen.In this case, the movement of the pedal can be accepted because the movement is inherent in the function of the positioning of the pedal. If this function is not available, pedal movement can still be accepted if it is kept to a minimum. This is only necessary to recognize the sign of the pedal speed.
Dieser Startvorgang wird gemäß einem Ausführungsbeispiel jedes Mal ausgeführt, wenn der Motor eingeschaltet wird.According to one exemplary embodiment, this starting process is carried out each time the engine is switched on.
Gezeigt ist die Bestimmungseinrichtung
Ferner ist eine Bestimmungseinrichtung
Eine Ermittlungseinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der weitere korrigierte Drehwinkel
Selbstüberwachungsverfahren können für den gesamten Geschwindigkeitsbereich durch das Mischen von zwei verschiedenen Arten von Beobachtungseinrichtungen implementiert werden. Es kann ein Beobachter basierend auf einer Signaleinspeisung für niedrige Geschwindigkeiten und eine modellbasierte Strategie für höhere Geschwindigkeiten verwendet werden. In
Um die Ausrichtung des Winkels θ̂LS, hier des geschätzten Drehwinkels
Der anhand der vorangegangen Figuren beschriebene Ansatz kann mit allen möglichen Injektionsschemata (alternierend, rotierend, beliebig, etc.) und allen modellbasierten Techniken (MRAS, Luenberger Observer, Alpha-Beta Beobachter, etc.) verwendet werden.The approach described on the basis of the previous figures can be used with all possible injection schemes (alternating, rotating, arbitrary, etc.) and all model-based techniques (MRAS, Luenberger Observer, Alpha-Beta observer, etc.).
Die Funktionalitäten der anhand der
In einem Schritt
In einem optionalen Schritt
Die Schritte
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner einen Schritt
In einem Schritt
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a “and / or” link between a first feature and a second feature, this can be read in such a way that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only the first Feature or only the second feature.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Fahrradbicycle
- 102102
- Vorrichtungcontraption
- 104104
- Hilfsantriebauxiliary drive
- 106106
- Neigungssensortilt sensor
- 108108
- Wellewave
- 110110
- Pedal pedal
- 220220
- Bestimmungseinrichtungdeterminer
- 222222
- geschätzter Drehwinkelestimated rotation angle
- 224224
- Anregungssignalexcitation signal
- 230230
- weitere Bestimmungseinrichtungfurther determination device
- 232232
- gemessene Drehrichtungmeasured direction of rotation
- 234234
- Sensorsignalsensor signal
- 240240
- zusätzliche Bestimmungseinrichtungadditional determination device
- 242242
- angenommen Drehrichtungassumed direction of rotation
- 244244
- Anforderungssignalrequest signal
- 250 250
- Steuereinrichtungcontrol device
- 252252
- Steuersignalcontrol signal
- 260260
- Ermittlungseinrichtungdetermining device
- 262262
- korrigierter Drehwinkelcorrected rotation angle
- 264264
- beobachteter Drehwinkelobserved angle of rotation
- 266266
- weiterer korrigierter Drehwinkel further corrected angle of rotation
- 360360
- Ermittlungseinrichtung determining device
- 420420
- Bestimmungseinrichtungdeterminer
- 460460
- Ermittlungseinrichtung determining device
- 501501
- Schritt des Bestimmens eines geschätzten DrehwinkelsStep of determining an estimated angle of rotation
- 503503
- Schritt des Bestimmens einer gemessenen DrehrichtungStep of determining a measured direction of rotation
- 505505
- Schritt des Bereitstellens eines SensorsignalsStep of providing a sensor signal
- 507507
- Schritt des Bestimmens einer angenommenen DrehrichtungStep of determining an assumed direction of rotation
- 509509
- Schritt des Ermittelns eines korrigierten DrehwinkelsStep of determining a corrected angle of rotation
- 511511
- Schritt des EinspeisensStep of feeding
- 513513
- Schritt des Bestimmens eines beobachteten DrehwinkelsStep of determining an observed angle of rotation
- 515515
- Schritt des Ermittelns eines weiteren korrigierten DrehwinkelsStep of determining a further corrected angle of rotation
- 517517
- Schritt des Bereitstellens eines SteuersignalsStep of providing a control signal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102015100676 B3 [0003]DE 102015100676 B3 [0003]
Claims (13)
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DE102018213852.4A DE102018213852A1 (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Method and device for operating an auxiliary electric drive and drive device for a vehicle |
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