DE102018214949A1

DE102018214949A1 - Verfahren zur Steuerung und Elektrofahrrad mit Schiebehilfe

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Publication number: DE102018214949A1
Application number: DE102018214949.6A
Authority: DE
Inventors: Martin-Maximilian Wahl
Original assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Current assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: DE102018214949B4

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs (101) eines Elektrofahrrads (100), wobei der elektromotorische Antrieb (101) zur Bereitstellung einer Schiebehilfe auf ein Bediensignal (s) hin betätigt wird, und wobei- der elektromotorische Antrieb (101) in Reaktion auf das Bediensignal (s) zunächst, in einer ersten Phase (A) einer Motoransteuerung, unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads (100) betätigt wird und- der elektromotorische Antrieb (101) nachfolgend, in einer zweiten Phase (B) der Motoransteuerung, über eine Geschwindigkeitsregelung betätigt wird, bei der der elektromotorische Antrieb (101) auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals (s) betätigt wird.Für die Bereitstellung einer Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad (100) ist vorgesehen, dass in der ersten Phase (A) der Motoransteuerung ein Motorstrom (I) für den elektromotorischen Antrieb (101) geschwindigkeitsunabhängig vorgegeben wird.

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs eines Elektrofahrrads sowie ein Elektrofahrrad.
Es ist bekannt, über einen elektromotorischen Antrieb eines Elektrofahrrads, mithin ein sogenanntes E-Bike oder Pedelec, eine Schiebehilfe bereitzustellen, um einen Nutzer beim Schieben des Elektrofahrrades oder zum Anfahren, zum Beispiel an einem Anstieg, zu unterstützen. Die Schiebehilfe wird hierbei auf ein Bediensignal hin ausgelöst, zum Beispiel durch Betätigung eines Bedienelements am Lenker des Elektrofahrrads.
Die maximal über die Schiebehilfe bereitgestellte Geschwindigkeit des Elektrofahrrads ist hierbei regelmäßig gesetzlich limitiert. Üblicherweise wird mit einer Schiebehilfe eine Geschwindigkeit von 3 bis 6 km/h erreicht. Um hierbei über den elektromotorischen Antrieb das Elektrofahrrad nicht übermäßig zu beschleunigen, ist eine Geschwindigkeitsregelung vorgesehen, mit der der elektromotorische Antrieb auf Basis mindestens eines elektronisch erfassten Geschwindigkeitssignals betätigt wird. Hierfür ist beispielsweise an einem Rad des Fahrrads ein Magnet vorgesehen, der an einem rahmenfesten Sensor vorbeigeführt wird und hierbei einen Geschwindigkeitsimpuls erzeugt. Aus zwei aufeinanderfolgenden Geschwindigkeitsimpulsen kann dann die Geschwindigkeit des Rades des Elektrofahrrades ermittelt werden. Ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal bildet dann die Grundlage für die Regelung des elektromotorischen Antriebs.
Die vorgenannte Regelung funktioniert jedoch offensichtlich erst nach Empfang von zwei Geschwindigkeitsimpulsen. Eine Geschwindigkeitsregelung kann somit erst nach einer gewissen Zeit zu einer Regelung des elektromotorischen Antriebs genutzt werden. Gerade zu Beginn ist eine Schiebehilfe unter Umständen für einen Nutzer wenig komfortabel, da das Elektrofahrrad über den elektromotorischen Antrieb nur vergleichsweise langsam und mithin mit geringer Antriebskraft bewegt wird.
In der DE 10 2016 209 570 B3 ist vor diesem Hintergrund vorgeschlagen, in einer ersten Phase einer Motoransteuerung nach Empfang eines Bediensignals zur Bereitstellung einer Schiebehilfe einen elektromotorischen Antrieb eines Elektrofahrrades unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads zu betätigen und erst in einer nachfolgenden zweiten Phase eine Geschwindigkeitsregelung vorzusehen. In der ersten Phase der Motoransteuerung ist in der DE 10 2016 209 570 B3 die Betätigung des elektromotorischen Antriebs mit einem konstanten Startdrehmoment vorgesehen. Um hierbei eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit nicht zu überschreiten, wird von einem höchsten eingelegten Übersetzungsverhältnis ausgegangen, sodass das vorgegebene konstante Startdrehmoment in jedem Fall zu einer Bewegung des Elektrofahrrades mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit führt. Wird sensorisch die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades detektierbar, wird in eine zweite Phase der Motoransteuerung gewechselt und der elektromotorische Antrieb auf Basis eines Geschwindigkeitssignals geregelt betätigt.
Die Betätigung des elektromotorischen Antriebs in einer ersten Phase der Motoransteuerung unmittelbar nach Empfang eines Bediensignals mit einem konstanten Startdrehmoment wird von einem Nutzer des Elektrofahrrades unter Umständen als wenig komfortabel empfunden. So wird das Elektrofahrrad hierüber gegebenenfalls vergleichsweise ruckartig mit Auslösen der Schiebehilfe beschleunigt. Ferner ist bei der mit der DE 10 2016 209 570 B3 vorgeschlagenen Lösung augenscheinlich eine Veränderung im Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofil des Elektrofahrrades spürbar, wenn die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades auf Basis eines elektronisch erfassten Geschwindigkeitssignals bestimmt wurde und schlagartig anstelle des konstanten Startdrehmoments ein geschwindigkeitsabhängiges Drehmoment durch den elektromotorischen Antrieb zur Verfügung gestellt wird.
Es besteht mithin Bedarf an einer in dieser Hinsicht verbesserten Steuerung eines elektromotorischen Antriebs wie auch an einem dieser Hinsicht verbesserten Elektrofahrrad.
Diese Aufgabe ist sowohl mit einem Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 als auch mit einem Elektrofahrrad nach Anspruch 12 gelöst.
Hiernach ist ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs eines Elektrofahrrads vorgeschlagen, bei dem der elektromotorische Antrieb zur Bereitstellung einer Schiebehilfe auf ein Bediensignal hin betätigt wird. In Reaktion auf das Bediensignal wird der elektromotorische Antrieb zunächst in einer ersten Phase einer Motoransteuerung unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads betätigt, wobei hierfür ein Motorstrom für den elektromotorischen Antrieb geschwindigkeitsunabhängig vorgegeben wird. In einer nachfolgenden zweiten Phase der Motoransteuerung wird der elektromotorische Antrieb über eine Geschwindigkeitsregelung betätigt, bei der der elektromotorische Antrieb auf Basis mindestens eines elektronisch erfassten Geschwindigkeitssignals betätigt wird. Das Geschwindigkeitssignal ist hierbei typischerweise repräsentativ für die aktuelle Geschwindigkeit, mit der sich das Elektrofahrrad bewegt.
Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung ist somit eine durch den elektromotorischen Antrieb auf ein Bediensignal hin bereitgestellte Schiebehilfe stets in mindestens zwei Phasen gegliedert. In einer ersten Phase wird ein vorgegebener Motorstrom für den elektromotorischen Antrieb geschwindigkeitsunabhängig vorgegeben. Lässt sich aus einem oder mehreren (mindestens zwei) Geschwindigkeitssignalen ein Rückschluss auf die aktuelle Geschwindigkeit des Elektrofahrrads gewinnen, greift eine Geschwindigkeitsregelung und der elektromotorische Antrieb wird auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals geregelt angesteuert. In einer Ausführungsvariante wird somit beispielsweise in einer ersten Phase ein vorgegebener Motorstrom geschwindigkeitsunabhängig kommandiert, solange keine radseitigen Geschwindigkeitsimpulse vorliegen, die mithilfe eines an einem drehenden Rad des Elektrofahrrads angebrachten Magneten an einem rahmenfesten Sensor erzeugt werden. Sobald aus wenigstens zwei Geschwindigkeitspulsen ein Geschwindigkeitssignal vorliegt, erfolgt eine Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs über die Geschwindigkeitsregelung. Die über den elektromotorischen Antrieb bereitgestellte Schiebehilfe entwickelt derart bereits in den ersten Sekunden nach Empfang des Bediensignals deutlich mehr Kraft als bei einer reinen Geschwindigkeitsregelung. Indem ferner für die erste Phase der Motoransteuerung mindestens ein vorgegebener Wert für einen Motorstrom hinterlegt ist, ist die Funktion der Schiebehilfe vergleichsweise einfach voreinstellbar und für einen Nutzer beherrschbar.
In einer Ausführungsvariante folgt der für die erste Phase der Motoransteuerung vorgegebene Motorstrom einem vorgegebenen Verlauf. Der Verlauf des Motorstroms für die erste Phase ist hierbei beispielsweise fest in einer Steuerelektronik für die Steuerung des elektromotorischen Antriebs hinterlegt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein Motorstrom für die erste Phase der Motoransteuerung zumindest zeitweise konstant gehalten wird.
Alternativ oder ergänzend kann ein sich über die Zeit verändernder Wert für den vorgegebenen Motorstrom hinterlegt sein. Beispielsweise ist vorgesehen, dass der für die erste Phase der Motoransteuerung vorgegebene Motorstrom - zumindest in einem Teil der ersten Phase - ausgehend von einem Startwert bis zu einem Endwert steigt. Dies schließt insbesondere ein, dass der Motorstrom ausgehend von einem Startwert gleich 0 bis zu einem vordefinierten Endwert für den Motorstrom ansteigt. Insbesondere kann ein linearer Anstieg ausgehend von dem Startwert bis zu dem Endwert vorgesehen sein. Eine entsprechende Steuerungselektronik gibt hierfür beispielsweise einen rampenartig linear ansteigenden Verlauf des Motorstromes in der ersten Phase vor.
In einer möglichen Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass sich an einen steigenden Motorstrom in der ersten Phase der Motoransteuerung für die Bereitstellung der Schiebehilfe ein Zeitintervall anschließt, in dem der Motorstrom konstant gehalten wird. Insbesondere kann hierbei der erreichte Endwert für ein Zeitintervall konstant gehalten werden, bis die geschwindigkeitsabhängige zweite Phase der Motoransteuerung beginnt.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Phase der Motoransteuerung über eine Regelungselektronik auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals ein Motorstrom für den elektromotorischen Antrieb geschwindigkeitsabhängig bestimmt wird. Eine Steuerungselektronik für die Steuerung des elektromotorischen Antriebs umfasst somit mindestens eine Regelungslogik, um in der zweiten Phase den Motorstrom geschwindigkeitsabhängig zu regeln.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Phase der Motoransteuerung zunächst ein über die Regelungselektronik zu Verfügung gestellter Wert für einen auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals geregelten Motorstrom mit einem für die erste Phase fest eingestellten, ungeregelten Endwert für den Motorstrom verglichen wird. Eine Steuerelektronik ist hier somit beispielsweise konfiguriert, zunächst die Werte miteinander zu vergleichen, die einerseits geschwindigkeitsunabhängig durch den hinterlegten Endwert und geschwindigkeitsabhängig durch eine Regelungslogik vorgegeben werden. Ein derartiger Vergleich kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen Wechsel zur Geschwindigkeitsregelung in der zweiten Phase der Motoransteuerung zu verzögern und/oder erst nach einem Übergangszeitraum vollständig zu vollziehen. Wenn eine über einem Schwellwert liegende Diskrepanz zwischen den auf unterschiedliche Weisen (ungeregelt/geregelt) vorgegebenen Werten für den Motorstrom aufgrund des Vergleichs festgestellt wird, lassen sich durch eine entsprechende Verzögerung und/oder einen entsprechenden Übergang für den Nutzer spürbare und unter Umständen als störend empfundene ruckartige Beschleunigungen des Elektrofahrrades vermeiden, wenn die Geschwindigkeitsregelung aktiv wird.
In diesem Zusammenhang sieht beispielsweise eine Ausführungsvariante vor, dass auf Basis des Vergleichs ein für die Betätigung des elektromotorischen Antriebs erzeugtes Steuersignal ausgehend von einem ersten Steuersignal, das auf Basis des Endwerts für die erste Phase erzeugt und zur Betätigung des elektromotorischen Antriebs genutzt wurde, einem zweiten Steuersignalen angenähert wird, das auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals erzeugt wird. Es wird folglich ein Übergang, insbesondere ein „weicher“ Übergang, von einem ersten Steuersignal und damit einem vorgegebenen Motorstrom aus der ersten Phase der Motoransteuerung zu einem über die Geschwindigkeitsregelung vorgegebenen zweiten Steuersignal für den Motorstrom vorgesehen.
Hierfür ist beispielsweise eine Annäherungsfunktion in einer Auswertelogik der Steuerelektronik implementiert, um einen weichen Übergang von der ungeregelten zu der geregelten Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs des Elektrofahrrades zu gewährleisten. So liegen dann an der Steuerelektronik sowohl ein Endwert aus der ungeregelten Motoransteuerung der ersten Phase als auch ein (Motorstrom-) Wert aus der geschwindigkeitsbasierten Regelung vor. Ein resultierendes Steuersignal zur Vorgabe des Motorstroms für den elektromotorischen Antrieb basiert dann auf beiden Werten und führt beispielsweise dazu, dass der Motorstrom über eine definierte Zeitdauer angehoben oder abgesenkt wird, bis der vorgegebene Motorstrom demjenigen Wert entspricht, der sich aus der Geschwindigkeitsregelung ergibt. So kann beispielsweise durch die Annäherung an das zweite Steuersignal das erste Steuersignal in der zweiten Phase zunächst abgesenkt werden, um den Antriebsstrom für den elektromotorischen Antrieb abzusenken, beispielsweise linear abzusenken, bis ein entsprechender Wert für den Motorstrom einem aus der Geschwindigkeitsregelung gelieferten Wert für den Motorstrom - gegebenenfalls zuzüglich einer definierten Toleranz - entspricht. Erst dann erfolgt eine Umschaltung auf die Geschwindigkeitsregelung, sodass der für den elektromotorischen Antrieb bereitgestellte Motorstrom ausschließlich auf Basis der Geschwindigkeitsregelung vorgegeben wird.
Um eine geschwindigkeitsunabhängige und damit ungeregelte Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs zeitlich zu begrenzen, kann ein Wechsel von der ersten Phase in die zweite Phase der Motoransteuerung bei Bereitstellung der Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad davon abhängig sein, dass innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls nach dem Erzeugen des Bediensignals mindestens ein Geschwindigkeitssignal erzeugt wird. Liegt beispielsweise innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls kein Geschwindigkeitssignal oder zumindest kein plausibles Geschwindigkeitssignal vor, aus dem auf die aktuelle Geschwindigkeit des Elektrofahrrads geschlossen werden kann, wird eine Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs gestoppt. Die erste Phase endet somit ohne Wechsel in die zweite Phase, um sowohl Missbrauch und Fehlfunktionen als auch einem Unfallrisiko durch eine ungeregelte Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs vorzubeugen.
Das vordefinierte Zeitintervall kann beispielsweise durch eine festgelegte Zeitdauer und/oder durch einen nach Erzeugen (und damit nach Empfangen) des Bediensignals von einer Komponente des Elektrofahrrades zurückgelegten Drehwinkel vorgegeben sein. Im zuerst genannten Fall wird beispielsweise die Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs gestoppt, wenn für eine festgelegte Zeitdauer von mehr als 10 Sekunden, insbesondere von mindestens 15 Sekunden kein Geschwindigkeitssignal detektiert wurde. Im letztgenannten Fall kann beispielsweise der Drehwinkel einer mit Pedalen des Elektrofahrrads verbunden Tretlagerwelle ausgewertet werden. Wird eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Tretlagerwelle, zum Beispiel 5, 6 oder 7, nicht elektronisch detektiert, wird die ungeregelte Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs und damit die Stromkommandierung gestoppt. Die Schiebehilfe wird folglich deaktiviert und erst wieder auf ein neues Bediensignal seitens des Nutzers zur Verfügung gestellt.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Elektrofahrrad, das neben einem elektromotorischen Antrieb eine Steuerelektronik zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs und mindestens einen Sensor, über den ein für die aktuelle Geschwindigkeit, mit der sich das Elektrofahrrad bewegt, repräsentatives Geschwindigkeitssignal erzeugbar ist, umfasst. Der elektromotorische Antrieb ist zur Bereitstellung einer Schiebehilfe auf ein Bediensignal hin betätigbar, wobei die Steuerelektronik in diesem Zusammenhang konfiguriert ist,

- den elektromotorischen Antrieb in Reaktion auf das Bediensignal zunächst, in einer ersten Phase einer Motoransteuerung, unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrades zu betätigen, und
- den elektromotorischen Antrieb nachfolgend, in einer zweiten Phase der Motoransteuerung, über eine Geschwindigkeitsregelung zu betätigen, bei der der elektromotorische Antrieb auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals betätigt wird, das mithilfe des mindestens einen Sensors erzeugt wird.

Die Steuerelektronik ist hierbei konfiguriert, für die Bereitstellung der Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad in der ersten Phase der Motoransteuerung einen Motorstrom für den elektromotorischen Antrieb geschwindigkeitsunabhängig vorzugeben.
Ein vorgeschlagenes Elektrofahrrad eignet sich somit mit seiner Steuerelektronik grundsätzlich für die Durchführung eines vorgeschlagenen Verfahrens. Vorstehend und nachstehend erläuterte Vorteile und Merkmale von Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens gelten somit auch für Ausführungsvarianten eines entsprechenden Elektrofahrrads und umgekehrt.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:

1 ein Diagramm, in dem über der Zeit Verläufe von Steuersignalen an eine elektromotorische Antriebseinrichtung zur Vorgabe eines Motorstroms aufgetragen ist;
2 eine Veranschaulichung einer Steuerelektronik für die Durchführung einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens an einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Elektrofahrrads unter Berücksichtigung fest und mithin geschwindigkeitsunabhängig vorgegebener Steuersignale zur Vorgabe eines Motorstroms und aus einer Regelungslogik stammender, geschwindigkeitsbasierter Steuersignale entsprechend dem Diagramm der 1;
3 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Elektrofahrrad, das, unter Nutzung der Steuerelektronik der 2, eine Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Lösung bilden kann.

Die 3 zeigt ein im Grundsatz aus dem Stand der Technik bereits bekanntes Elektrofahrrad 100, wie es beispielsweise in der DE 10 2016 209 570 B3 offenbart ist. Das Elektrofahrrad 100 weist einen Elektromotor 101 als elektromotorischen Antrieb auf. Über diesen Elektromotor 101 kann das Elektrofahrrad 100 elektromotorisch angetrieben werden, gegebenenfalls unterstützend zu einem Antrieb über einen Fahrradnutzer, der mit einer Tretlagerwelle 105 verbundene Pedale betätigt. Über eine Gangschaltung 103 oder ein Getriebe ist eine Änderung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Tretlagerwelle 105 sowie dem Elektromotor 101 einerseits und einer Hinterradachse des Elektrofahrrads 100 andererseits vorgesehen.
Das Elektrofahrrad 100 der 3 ist an einem Vorderrad 109a und/oder an einem Hinterrad 109b mit einem Geschwindigkeitssensor 106 ausgestattet. Der Geschwindigkeitssensor 106 ist hierbei jeweils rahmenfest und erzeugt einen Geschwindigkeitsimpuls, wenn ein an einer Speiche 107 des Vorderrades 109a oder des Hinterrades 109b angeordneter Magnet 108 an dem rahmenfesten Sensor 106 vorbei geführt wird. Aus zwei Geschwindigkeitsimpulsen lässt sich dann eine Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Rades 109a, 109b elektronisch ermitteln.
Alternativ oder ergänzend kann der Geschwindigkeitssensor 106 einen GPS-Sensor oder einen Beschleunigungssensor umfassen, um ein Geschwindigkeitssignal bereitzustellen, das für die aktuelle Geschwindigkeit, mit der sich Elektrofahrrad 100 bewegt, repräsentativ ist. Optional kann das Elektrofahrrad 100 weitere Sensoren umfassen, zum Beispiel einen Motorsensor 102 zur Erfassung einer Motordrehzahl des Elektromotors 101, einen Sattelsensor 110 zur Erfassung einer Gewichtsbelastung auf einen Sattel 111 des Elektrofahrrades 100 und/oder einen Wellensensor 112 zur Erfassung einer Trittfrequenz respektive einer Drehgeschwindigkeit der Tretlagerwelle 105. Signale der weiterhin vorhandenen Sensoren 102,110 und 112 können zur Steuerung Elektromotors 101 zum Beispiel im Fahrbetrieb genutzt werden, aber auch zur Bereitstellung einer Schiebehilfe. Im Rahmen einer solchen Schiebehilfe wird das Elektrofahrrad 100 z.B. durch einen Nutzer geschoben, dem Benutzer aber eine motorische Antriebskraft zum Bewegen des Elektrofahrrads 100 über den elektromotorischen Antrieb 101 zur Verfügung gestellt. Eine Schiebehilfe kann beispielsweise aber auch dazu dienen, einem auf dem Elektrofahrrad 100 sitzender Nutzer ohne Treten in die mit der Tretlagerwelle 105 verbundenen Pedale das Anfahren zu erleichtern. So kann über eine Schiebehilfe insbesondere das Anfahren auf geneigten Flächen und damit z.B. an einem Berg erleichtert werden.
Üblicherweise wird die über den Elektromotor 101 zur Bereitstellung der Schiebehilfe zur Verfügung gestellte Antriebskraft geschwindigkeitsgeregelt. Mit anderen Worten wird der Elektromotor 101 auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals betätigt, der für eine aktuelle Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 100 repräsentativ ist und über einen Sensor 106 erzeugt wird. Ein mithilfe des Sensors 106 erzeugtes Signal s_v zur Ansteuerung des Elektromotors 101 steht hierbei jedoch erst zur Verfügung, bis eines der Räder 109a, 109b mehr als eine volle Umdrehung gedreht wurde und der jeweilige Magnet 108 den zugehörigen Sensor 106 zweimal passiert hat. Bis dahin kann die aktuelle Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 100 mithilfe des Sensors 106 allenfalls durch Schätzung berücksichtigt werden.
In dem Diagramm der 1 ist unter anderem ein Verlauf eines (Steuer-) Signal sc veranschaulicht, das aus einer Regelungselektronik und mithin einer Regelungslogik RL einer Steuerelektronik SE des Elektrofahrrads 100 stammt (vgl. 2) und das auf Basis des Geschwindigkeitssignals s_v des Geschwindigkeitssensors 106 bestimmt wird. Würde das auf Basis des Geschwindigkeitssignals s_v bestimmte Steuersignale sc bis zu einem Zeitpunkt t3, an dem zwei Geschwindigkeitsimpulse über mindestens einen Sensor 106 detektiert wurden, zur Ansteuerung des Elektromotors 101 und der Vorgabe eines Motorstroms genutzt werden, würde der Elektromotor 101 mit einem vergleichsweise kleinen Antriebsstrom kommandiert. In einer ersten Phase der Verstellbewegung, in der der Elektromotor 101 eine Schiebehilfe für das Elektrofahrrad 100 bereitstellt, würde somit ein Nutzer die Schiebehilfe als vergleichsweise schwach empfinden.
In dieser Hinsicht schafft die vorgeschlagene Lösung Abhilfe. So ist vorgeschlagen, in einer ersten Phase der Motoransteuerung zur Bereitstellung einer Schiebehilfe den Elektromotor 101 mit einem Motorstrom geschwindigkeitsunabhängig anzusteuern, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem fest vorgegebenen Verlauf. Wird somit beispielsweise über ein an einem Lenker des Elektrofahrrads 100 vorgesehenes Steuergerät oder lediglich ein mit dem Steuergerät verbundenes Bedienelement 104 ein Bediensignal s_START zur Aktivierung der Schiebehilfe erzeugt, generiert die in der 2 näher veranschaulichte und mit dem Elektromotor 101 gekoppelte Steuerelektronik SE ein erstes ungeregeltes (Steuer-) Signal s_H , über das dem Elektromotor 101 ein Motorstrom mit einem festen Verlauf vorgegeben wird.
In der ersten Phase startet der Motorstrom hierbei entsprechend einem Startwert s1 des Signals s_H und steigt dann rampenförmig, d.h. linear, innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls Δt1 nach Empfang des Bediensignals SSTART von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 auf einen einem Endwert s2 des Signals s_H entsprechenden Endwert, zum Beispiel in Höhe von 1,5 A, an. Anschließend wird der erreichte Endwert über ein definiertes Zeitintervall Δt2 + Δt3 gehalten.
Zu Zeitpunkten t2 und t3 werden erste (Zeitpunkt t2) und zweite (Zeitpunkt t3) Geschwindigkeitsimpulse an einem oder mehreren Geschwindigkeitssensoren 106 erzeugt, sodass ein tatsächlich gemessenes Geschwindigkeitssignal s_v zur Verfügung steht, auf Basis dessen der Motorstrom des Elektromotors 101 geregelt werden kann. Liegt mindestens ein solches Geschwindigkeitssignal s_v vor, aus dem auf die aktuelle Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 100 geschlossen werden kann, endet die in der 1 mit „A“ bezeichnete erste Phase der Motoransteuerung und es folgt ein Übergang zu einer mit „B“ bezeichnete zweite Phase der Motoransteuerung.
In dieser zweiten Phase wird zunächst in einem vorgegebenen Zeitintervall Δt4 bis zu einem Zeitpunkt t4 ein Vergleich zwischen dem für die erste Phase ausschließlich genutzten ungeregelten (ersten) Steuersignal s_H und dem (zweiten) Steuersignal sc durchgeführt, das über die Regelungslogik RL auf Basis des erzeugten Geschwindigkeitssignals s_V erzeugt wird. Der zunächst weiterhin über das Signal s_H gesteuerte Elektromotor 101 wird somit nicht sprunghaft mit einem Signal der Regelungslogik RL beaufschlagt. Vielmehr wird ein den Antriebsstrom des Elektromotors 101 steuerndes (resultierendes) Signal s_R erzeugt, das zunächst dem ersten Steuersignal s_H entspricht, dann aber kontinuierlich dem von der Regelungslogik RL bereitgestellten, geregelten Signal sc angenähert wird.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 wird über eine in der Steuerelektronik SE hinterlegte Annäherungsfunktion der Antriebsstrom zunächst in einem (fest) vorgegebenen Zeitintervall Δt4 abgesenkt, beispielsweise linear. Zum Zeitpunkt t4 entspricht dann ein Wert für den über das resultierende Signal s_R kommandierten Motorstrom für den Elektromotor 101 (gegebenenfalls zuzüglich einer vorgegebenen Toleranz) demjenigen Wert für einen Motorstrom, der auch über die Regelungslogik RL und damit auf Basis des Geschwindigkeitssignals s_v vorgesehen ist. Zu diesem Zeitpunkt t4 wird dann die Motoransteuerung auf die Regelungslogik RL gewechselt und der Motorstrom für den Elektromotor 101 wird ausschließlich geschwindigkeitsabhängig und mithin auf Basis des Geschwindigkeitssignals s_v vorgegeben.
Hätte demgegenüber bis zum Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, von z.B. 15 Sekunden, nach dem Bediensignal s_START kein (gültiges) Geschwindigkeitssignal s_v an der Steuerelektronik SE vorgelegen, wäre die Schiebehilfefunktion wieder deaktiviert und mithin der Elektromotor 101 gestoppt worden.
Mit der 2 sind die vorstehend erläuterten Abläufe nochmals anhand einzelner schematisch dargestellten elektronischen Komponenten des Elektrofahrrades 100 veranschaulicht.
Hierbei enthält die Steuerelektronik SE neben einer Startstromsteuerung H eine Regelungslogik RL sowie eine Auswertelogik AL. Empfängt die Steuerelektronik SE von einem Bedienelement 104 das Bediensignal s_START zur Aktivierung der Schiebehilfe, wird zunächst über die Startstromsteuerung H der Steuerelektronik SE das (erste) Signal s_H für den Motorstrom des Elektromotors 101 generiert und dieses - als resultierendes Signal s_R - für die Ansteuerung des Elektromotors 101 genutzt, um diesen über einen vorgegebenen Motorstromverlauf entsprechend dem Diagramm der 1 anzusteuern.
Wird durch die Bewegung des Elektrofahrrades 100 über einen oder mehrere der Geschwindigkeitssensoren 106 ein Geschwindigkeitssignal s_v an die Steuerelektronik SE übertragen, wird dieses über die Regelungslogik RL der Steuerelektronik SE verarbeitet. Auf Basis des erhaltenen Geschwindigkeitssignals s_v (oder zuvor über ein geschätztes Geschwindigkeitssignal in der ersten Phase A der Motoransteuerung) generiert die Regelungslogik RL das (zweite) Signal sc, das damit den Motorstrom für den Elektromotor 101 geschwindigkeitsgeregelt vorgibt.
Die Auswertelogik AL erhält beide ersten und zweiten Signale s_H und sc der Startstromsteuerung H und der Regelungslogik RL als Eingangsparameter und generiert in Abhängigkeit hiervon das resultierende Signal s_R zur Ansteuerung des Elektromotors 101. In dem in der 1 dargestellten Zeitintervall Δt4 zu Beginn einer zweiten Phase der Motoransteuerung führt ein Vergleich zwischen den beiden Signalen s_H und sc in der Auswertelogik AL dazu, dass das resultierende (Steuer-) Signal s_R für den Motorstrom dem zweiten Signal sc der Regelungselektronik RL angenähert wird. Bei ausreichender Annäherung an das geschwindigkeitsabhängig bestimmte Signal sc der Regelungslogik RL überträgt die Auswertelogik AL das aus der Regelungslogik RL stammende Signal sc ohne weitere Anpassung als resultierendes Steuersignal s_R an den Elektromotor 101, sodass der Elektromotor 101 ausschließlich geschwindigkeitsabhängig geregelt wird.
Bezugszeichenliste

100: Elektrofahrrad
101: Elektromotor (elektromotorischer Antrieb)
102: Motorsensor
103: Gangschaltung
104: Steuergerät / Bedienelement
105: Tretlagerwelle
106: Geschwindigkeitssensor
107: Speiche
108: Magnet
109: Hinterrad
109a: Vorderrad
110: Sattelsensor
111: Sattel
112: Wellensensor
AL: Auswertelogik
H: Startstromsteuerung
RL: Regelungslogik
S_C, S_H, S_R, S_START, S_v: Signal
SE: Steuerelektronik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209570 B3 [0005, 0006, 0025]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs (101) eines Elektrofahrrads (100), wobei der elektromotorische Antrieb (101) zur Bereitstellung einer Schiebehilfe auf ein Bediensignal (s_START) hin betätigt wird, und wobei - der elektromotorische Antrieb (101) in Reaktion auf das Bediensignal (s_START) zunächst, in einer ersten Phase (A) einer Motoransteuerung, unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads (100) betätigt wird und - der elektromotorische Antrieb (101) nachfolgend, in einer zweiten Phase (B) der Motoransteuerung, über eine Geschwindigkeitsregelung betätigt wird, bei der der elektromotorische Antrieb (101) auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals (s_v) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bereitstellung einer Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad (100) in der ersten Phase (A) der Motoransteuerung ein Motorstrom (I) für den elektromotorischen Antrieb (101) geschwindigkeitsunabhängig vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für die erste Phase (A) der Motoransteuerung vorgegebene Motorstrom (I) einem vorgegebenen Verlauf folgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für die erste Phase (A) der Motoransteuerung vorgegebene Motorstrom (I) ausgehend von einem Startwert (s1) bis zu einem Endwert (s2) steigt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für die erste Phase (A) der Motoransteuerung vorgegebene Motorstrom (I) ausgehend von dem Startwert (s1) bis zu dem Endwert (s2) linear ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Phase (A) der Motoransteuerung der Endwert (s2) für ein Zeitintervall (Δt2+Δt3) konstant gehalten wird, bis die geschwindigkeitsabhängige zweite Phase (B) der Motoransteuerung beginnt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase (B) der Motoransteuerung über eine Regelungselektronik (RL) auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals (s_v) ein Motorstrom (I) für den elektromotorischen Antrieb (101) geschwindigkeitsabhängig bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase (B) der Motoransteuerung zunächst ein über die Regelungselektronik (RL) zur Verfügung gestellter Wert für einen auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals (s_v) geregelten Motorstroms (I) mit einem für die erste Phase fest eingestellten, ungeregelten Endwert (s2) für den Motorstrom (I) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des Vergleichs ein für die Betätigung des elektromotorischen Antriebs (101) erzeugtes Steuersignal (s_R) ausgehend von einem ersten Steuersignal (s_H), das auf Basis des Endwerts (s2) für die erste Phase (A) erzeugt und zur Betätigung des elektromotorischen Antriebs (101) genutzt wurde, einem zweiten Steuersignal (sc) angenähert wird, das auf Basis des mindestens einen Geschwindigkeitssignals (s_v) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Annäherung an das zweite Steuersignal (sc) der Motorstrom (I) für den elektromotorischen Antrieb (101) in der zweiten Phase (B) zunächst abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel von der ersten Phase (A) in die zweite Phase (B) der Motoransteuerung bei Bereitstellung der Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad (100) davon abhängig ist, dass innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls nach dem Erzeugen des Bediensignals (s_START) mindestens ein Geschwindigkeitssignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vordefinierte Zeitintervall durch eine festgelegte Zeitdauer und/oder durch einen nach Erzeugen des Bediensignals (s_START) von einer Komponente des Elektrofahrrads (101) zurückgelegten Drehwinkel vorgegeben ist.
Elektrofahrrad, mit einem elektromotorischen Antriebs (101), einer Steuerelektronik (SE) zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs (101) und mindestens einem Sensor (102), über den ein für die aktuelle Geschwindigkeit, mit der sich das Elektrofahrrad (100) bewegt, repräsentatives Geschwindigkeitssignal (s_v) erzeugbar ist, wobei der elektromotorische Antrieb (101) zur Bereitstellung einer Schiebehilfe auf ein Bediensignal (s_START) hin betätigbar ist und wobei die Steuerelektronik (SE) konfiguriert ist, - den elektromotorischen Antrieb (101) in Reaktion auf das Bediensignal (s_START) zunächst, in einer ersten Phase (A) einer Motoransteuerung, unabhängig von einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads (100) zu betätigen und - den elektromotorischen Antrieb (101) nachfolgend, in einer zweiten Phase (B) der Motoransteuerung, über eine Geschwindigkeitsregelung zu betätigen, bei der der elektromotorische Antrieb (101) auf Basis mindestens eines Geschwindigkeitssignals (s_v) betätigt wird, das mithilfe des mindestens einen Sensor (102) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (SE) konfiguriert ist, für die Bereitstellung einer Schiebehilfe an dem Elektrofahrrad (100) in der ersten Phase (A) der Motoransteuerung einen Motorstrom (I) für den elektromotorischen Antrieb (101) geschwindigkeitsunabhängig vorzugeben.
Elektrofahrrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (SE) für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 konfiguriert ist.