DE102019113348A1

DE102019113348A1 - Adaptive tretkraftunterstützungssysteme und steuerlogik mit antriebsdrehmomentfiltern für intelligente e-bikes

Info

Publication number: DE102019113348A1
Application number: DE102019113348.3A
Authority: DE
Inventors: Douglas J. Moening; John Corn; Adam J. Heisel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: CN110626455A; DE102019113348B4; US11008063B2; CN110626455B; US20190389535A1

Abstract

Hierin vorgestellt sind adaptive Leistungsunterstützungssysteme für manuell angetriebene Fahrzeuge, Verfahren zum Betreiben/Konstruieren derartiger Systeme sowie motorunterstützte, fahrerangetriebene Fahrzeuge mit einer Antriebsdrehmomentfilterung für adaptive Leistungsunterstützungsvorgänge. Ein Verfahren zum Regeln eines Leistungsunterstützungssystems beinhaltet eine Fahrzeugsteuerung, die Drehmomentsensordaten empfängt, die eine vom Benutzer erzeugte Drehmomenteingabe anzeigen. Die Fahrzeugsteuerung bestimmt dann: ob die Drehmomenteingabe kleiner ist als ein befohlenes Motordrehmoment des vom Zugmotor erzeugten Drehmoments; und ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner ist als eine skalierte Trittfrequenzzeit der Trittfrequenzgeschwindigkeit eines Benutzers. In Reaktion darauf, dass beide Bestimmungen positiv sind, berechnet die Steuerung einen Drehmomentabfallfaktor basierend auf der aktuellen Trittfrequenzgeschwindigkeit und modifiziert das befohlene Motordrehmoment basierend auf diesem berechneten Drehmomentabfallfaktor. Die Fahrzeugsteuerung überträgt dann Befehlssignale an den Zugmotor, um ein moduliertes Motordrehmoment gemäß dem modifizierten befohlenen Motordrehmoment auszugeben.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf motorunterstützte, manuell angetriebene Fahrzeuge. Insbesondere beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf adaptive Tretkraftunterstützungssysteme und eine zugehörige Steuerlogik für motorisierte Fahrräder.
Viele Fahrzeuge, die traditionell vom Bediener des Fahrzeugs angetrieben werden - sei es mit Handantrieb oder mit Fußantrieb - können jetzt ursprünglich mit einem Zugmotor ausgestattet oder nachgerüstet werden, um den Antrieb des Fahrzeugs zu unterstützen. Der Zugmotor, der die Form eines Verbrennungsmotors (ICE) oder eines Elektromotors annehmen kann, treibt im Allgemeinen das Fahrzeug entweder in einer unterstützten oder nicht unterstützten Kapazität an, d. h. mit oder ohne manuell erzeugte Antriebsleistung. So ist beispielsweise ein Pedelec (umgangssprachlich als „E-Bike“ bezeichnet) mit einem fahrzeugeigenen Elektromotor ausgestattet, um zusätzliches Vortriebsdrehmoment bereitzustellen, das das vom Fahrer durch Tretkraft erzeugte Drehmoment unterstützt oder „verstärkt“. Der Zugmotor arbeitet allein oder in Verbindung mit einer Kraftübertragung, um ein angetriebenes Element des E-Bikes zu drehen, wie beispielsweise ein Rad, eine Radnabe oder eine Pedalkurbelnabe. Das Abtriebsdrehmoment des Motors kann selektiv an das angetriebene Element abgegeben werden, z. B. wenn der Radfahrer eine Fahrbahnoberfläche mit einem stark ausgeprägten Höhenunterschieden entlang einer Fahrstrecke überwindet. Auf diese Weise kann die wahrgenommene Tretkraft des Radfahrers beim Fahren eines E-Bikes im Vergleich zur wahrgenommenen Tretkraft auf einem Standardfahrrad ohne elektrische Unterstützungsfunktion (E-Assist-Funktion) reduziert werden.
KURZDARSTELLUNG
Hierin offenbart sind adaptive Leistungsunterstützungssysteme und eine zugehörige Steuerlogik für manuell angetriebene Fahrzeuge, Verfahren zum Betreiben und Verfahren zum Konstruieren derartiger adaptiver Leistungsunterstützungssysteme sowie motorunterstützter, fahrerangetriebene Fahrzeuge mit einer Antriebsdrehmomentfilterung für adaptive Leistungsunterstützungsvorgänge. Als Beispiel wird ein Motorsteuerungsalgorithmus für ein E-Bike-Tretkraftunterstützungssystem vorgestellt, das eine beliebige von mehreren Filterstrategien zur Echtzeitberechnung eines konditionierten Fahrerantriebsdrehmoments verwendet, das für die Modulation des befohlenen Motordrehmoments in einem geschlossenen Regelkreis verwendet wird. Die implementierte Filterstrategie kann basierend auf vom Radfahrer erzeugten Drehmomenterhöhungs-/abnahmebedingungen, der Trittfrequenzgeschwindigkeit, der vom Benutzer ausgewählten E-Unterstützungsstufe und/oder dem aktuellen Motorabfall ausgewählt werden. Im Gegensatz zu anderen motorunterstützten Systemen, bei denen das primäre Antriebsdrehmoment relativ stabil ist, ist die vom Fahrer erzeugte Drehmomentgröße für ein E-Bike zyklisch und schwankt, wenn der Fahrer ein angetriebenes Pedal zum unteren Totpunkt (BDC) drückt und dann diesem Pedal erlaubt, beim Rückschwung zum oberen Totpunkt (TDC) zurückzukehren. Der Motorsteueralgorithmus filtert den Fahrerdrehmomentantrieb, um Amplitudenschwankungen zu minimieren, was zur Stabilisierung der Motordrehmomentausgabe während der E-Unterstützungsmodi beiträgt.
Begleitende Vorteile für zumindest einige der offenbarten Konzepte können die Fähigkeit beinhalten, vom Benutzer erzeugte Drehmomenteingabedaten zu aggregieren und zu analysieren und, basierend auf diesen Echtzeitdaten, das Niveau der Leistungsunterstützung an einen bestimmten Benutzer anzupassen. Andere potenzielle Vorteile eines oder mehrerer offenbarter Systeme, Verfahren und Vorrichtungen können die Fähigkeit zur intelligenten Anpassung der Tretkraftunterstützung beinhalten, um Geländeänderungen und Umgebungsbedingungen entlang einer gegebenen Strecke unter Verwendung von gefilterten Fahrerantriebsdrehmomentdaten aktiv zu kompensieren. Während einige verfügbare E-Bike-Designs eine variable E-Unterstützung basierend auf erfassten Gradientenänderungen oder Gesamtfahrzeuggeschwindigkeiten bieten können, sind diese Designs weder für einzelne Benutzer selbstanpassend, noch sind sie in der Lage, streckenspezifische Anpassungen anzubieten. Aspekte der offenbarten Konzepte tragen dazu bei, sicherzustellen, dass ein adaptives Tretkraftunterstützungssystem bei optimalen Niveaus arbeitet und somit die Batterieverwendung minimiert, während gleichzeitig ein Betriebsbereich des Fahrzeugs erweitert wird.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf adaptive Leistungsunterstützungstechniken und computerausführbare Algorithmen zum Betreiben von motorunterstützten, benutzerbetriebenen Fahrzeugen. So wird beispielsweise ein Verfahren zur Regelung der unterstützenden Drehmomentausgabe eines manuell angetriebenen Leistungsunterstützungssystems eines Fahrzeugs vorgestellt. Das manuell angetriebene Fahrzeug beinhaltet einen starren Fahrzeugrahmen mit einem oder mehreren Laufrädern, die drehbar am Rahmen montiert sind. Das Leistungsunterstützungssystem beinhaltet einen elektrischen oder verbrennungsbasierten Zugmotor, der sicher am Fahrzeugrahmen befestigt ist und betreibbar ist, um mindestens eines der Laufräder anzutreiben. Eine residente Fahrzeugsteuerung ist am Fahrzeugrahmen angebracht und steuert die Ausgabe des Zugmotors. Dieses repräsentative Verfahren beinhaltet in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einem der offenbarten Merkmale und Optionen: Empfangen von Sensordaten von einem Drehmomentsensor, die eine Drehmomenteingabe des von einem Benutzer erzeugten Drehmoments anzeigen, um mindestens eines der Laufräder anzutreiben, die gleich oder verschieden von dem Laufrad sein können, das durch den Zugmotor angetrieben wird; das Ermitteln, ob die Drehmomenteingabe geringer ist als: (1) ein befohlenes Motordrehmoment des vom Zugmotor erzeugten Drehmoments oder (2) eine zuvor gefilterte Drehmomenteingabe des vom Benutzer erzeugten Drehmoments; Bestimmen, ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner als eine skalierte Trittfrequenzzeit einer Trittfrequenzgeschwindigkeit des Benutzers ist; in Reaktion darauf, dass die Drehmomenteingabe kleiner ist als das befohlene Motordrehmoment/die zuvor gefilterte Drehmomenteingabe und die kalibrierte Motorabfallzeit kleiner ist als die skalierte Trittfrequenzzeit, Bestimmen eines Drehmomentabfallfaktors zumindest teilweise basierend auf der Trittfrequenzgeschwindigkeit; bestimmen: (1) eines modifizierten befohlenen Motordrehmoments durch Anwenden des Drehmomentabfallfaktors auf das befohlene Motordrehmoment oder (2) eine aktualisierte gefilterte Drehmomenteingabe durch Anwenden des Abfallfaktors auf die vorherige gefilterte Drehmomenteingabe; und Übertragen eines oder mehrerer Befehlssignale an den Zugmotor, um ein moduliertes Motordrehmoment gemäß des modifizierten befohlenen Motordrehmoments/der aktualisierten gefilterten Drehmomenteingabe auszugeben.
Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf intelligente Leistungsunterstützungssysteme für fahrerangetriebene Fahrzeuge. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Fahrzeug“ und Permutationen davon jede relevante motorisierte Fahrzeugplattform beinhalten, die überwiegend von einem Menschen angetrieben wird, wie motorunterstützte Fahrräder, Scooter, Skateboards, Rollschuhe/Inlineskates usw. In einem Beispiel wird ein Leistungsunterstützungssystem für ein manuell angetriebenes Fahrzeug vorgestellt, das einen Zugmotor (ICE, elektrisch, hybrid usw.) beinhaltet, der an dem Fahrzeugrahmen befestigt ist und antriebsmäßig mit mindestens einem der Fahrzeuglaufräder verbunden ist. Der Zugmotor wird elektronisch gesteuert, um selektiv ein variables Unterstützungsdrehmoment auf das Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder anzuwenden. Ein Drehmomentsensor ist an dem Fahrzeugrahmen angebracht und überwacht ein Drehmoment, das von einem Benutzer an eine manuell betätigte Eingabevorrichtung angelegt wird, um mindestens eines der Fahrzeugräder anzutreiben. Das Leistungsunterstützungssystem beinhaltet auch eine residente Fahrzeugsteuerung, eine Speichervorrichtung und eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die alle dafür ausgelegt sind, an dem Fahrzeugrahmen angebracht zu werden.
Fortfahrend mit dem obigen Beispiel ist die residente Fahrzeugsteuerung, die drahtgebunden oder drahtlos mit dem Zugmotor und dem Drehmomentsensor verbunden ist, programmiert, um verschiedene im Speicher gespeicherte Anweisungen auszuführen. So empfängt beispielsweise die Fahrzeugsteuerung Sensordaten vom Drehmomentsensor, die eine vom Benutzer erzeugte Drehmomenteingabegröße anzeigen, um mindestens eines der Fahrzeugräder anzutreiben. Die Fahrzeugsteuerung bestimmt dann: (1) ob eine Drehmomenteingabegröße kleiner ist als eine befohlene Motordrehmomentgröße des vom Zugmotor erzeugten Drehmoments; und (2) ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner ist als eine skalierte Trittfrequenzzeit der Trittfrequenzgeschwindigkeit eines Benutzers. In Reaktion darauf, dass beide Bestimmungen positiv sind, berechnet die Steuerung einen Drehmomentabfallfaktor zumindest teilweise basierend auf der Trittfrequenzgeschwindigkeit und modifiziert das befohlene Motordrehmoment zumindest teilweise basierend auf dem Drehmomentabfallfaktor. Die Fahrzeugsteuerung überträgt dann ein oder mehrere Befehlssignale an den Zugmotor, um ein moduliertes Motordrehmoment gemäß dem modifizierten befohlenen Motordrehmoment auszugeben.
Zusätzliche Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf manuell angetriebene Fahrzeuge mit adaptiven Leistungsunterstützungsfähigkeiten. In einem Beispiel wird ein Fahrrad mit unterstützendem Antrieb (Pedal Electric Cycle, Pedelec genannt) offenbart, das einen starren Fahrzeugrahmen mit einem Pedal- oder Griffkurbelsatz und mehreren Laufrädern beinhaltet, die drehbar an dem Fahrzeugrahmen montiert sind. Der Kurbelsatz empfängt und überträgt manuell erzeugtes Drehmoment an ein oder mehrere der Laufräder des Fahrzeugs. Ein Drehmomentsensor überwacht das manuell erzeugte Drehmoment, das von dem Benutzer über den Kurbelsatz empfangen wird, und gibt Signale aus, die dies anzeigen. Das Pedelec ist auch mit einem Traktionsbatteriepack mit ausreichender Ladekapazität ausgestattet, um einen Zugmotor zu versorgen. In diesem Zusammenhang ist eine steuerungsbetriebene Elektromotor-/Generatoreinheit (MGU) elektrisch mit dem Batterie-Pack verbunden und betreibbar, um mindestens einem der Laufräder als Reaktion auf Motorsteuersignale ein elektrisches Unterstützungsdrehmoment (E-Unterstützungsdrehmoment) zu verleihen.
Das Pedelec ist auch mit einer residenten Fahrzeugsteuerung ausgestattet, die sicher am Fahrzeugrahmen befestigt und betriebsmäßig mit dem elektrischen MGU und dem Kurbelsatzdrehmomentsensor verbunden ist. Die residente Fahrzeugsteuerung ist programmiert zum: Empfangen von Sensordaten vom Drehmomentsensor, die eine Drehmomenteingabe des von dem Benutzer erzeugten Drehmoments anzeigen, um mindestens eines der Räder anzutreiben.; Bestimmen, ob eine Trittfrequenzrichtung für diese Drehmomenteingabe in einer Vorwärtsrichtung ist; Bestimmen, ob die Drehmomenteingabe kleiner ist als ein befohlenes Motordrehmoment des vom Zugmotor erzeugten Drehmoments; Bestimmen, ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner ist als eine skalierte Trittfrequenzzeit einer Trittfrequenzgeschwindigkeit des Benutzers; in Reaktion darauf, dass die Trittfrequenzrichtung in Vorwärtsrichtung ist und die Drehmomenteingabe kleiner als das befohlene Motordrehmoment ist und die kalibrierte Motorabfallzeit kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist, Bestimmen eines Drehmomentabfallfaktors basierend auf mindestens der Trittfrequenzgeschwindigkeit; Bestimmen eines modifizierten befohlenen Motordrehmoments durch Anwenden des Drehmomentabfallfaktors auf das befohlene Motordrehmoment; und Übertragen eines Befehlssignals an den Zugmotor, um ein moduliertes Motordrehmoment gemäß dem modifizierten befohlenen Motordrehmoment auszugeben.
Die vorstehende Kurzdarstellung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr stellt die vorstehende Kurzdarstellung lediglich einige der neuartigen Konzepte und Merkmale, wie hierin dargelegt, als Beispiel dar. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich. Darüber hinaus beinhaltet die vorliegende Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale, die oben und im Folgenden dargestellt sind.
Figurenliste

1 ist eine teilweise schematische Darstellung eines repräsentativen motorunterstützten, manuell angetriebenen Fahrzeugs mit adaptiven Leistungsunterstützungsfähigkeiten gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Flussdiagramm für ein automatisiertes leistungsunterstütztes Protokoll eines manuell angetriebenen Fahrzeugs, das den Anweisungen entsprechen kann, die von fahrzeugseitigen oder entfernten Steuerlogikschaltungen, programmierbaren elektronischen Steuereinheiten oder anderen computerbasierten Vorrichtungen oder Netzwerken von Vorrichtungen gemäß den Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden.
3 ist ein Diagramm des Drehmoments gegenüber der Pedalposition eines E-Bikes, um ein repräsentatives motorerzeugtes Unterstützungsdrehmoment als Funktion des gefilterten Fahrerantriebsdrehmoments und der Pedaltrittfrequenz gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.

Die vorliegende Offenbarung kann ist verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zur Anwendung zugänglich, und einige repräsentative Ausführungsformen werden exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und hierin ausführlich beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den vorstehend aufgeführten Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt sind. Vielmehr umfasst diese Offenbarung alle Modifikationen, Entsprechungen, Kombinationen, Teilkombinationen Permutationen, Gruppierungen und Alternativen, die dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung eignet sich für eine Vielzahl von Ausführungsformen. Diese sind in den Zeichnungen dargestellt und hierin in detaillierten repräsentativen Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, mit der Erkenntnis, dass die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Offenbarung zu betrachten ist, und nicht als eine Einschränkung der breiten Aspekte der Offenbarung bezüglich der repräsentativen Ausführungsformen. Entsprechend sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in der Kurzdarstellung, der Einführung, der Zusammenfassung und der ausführlichen Beschreibung offenbart, aber nicht explizit in den Patentansprüchen aufgeführt sind, nicht per Schlussfolgerung, Rückschluss oder anderweitig einzeln oder insgesamt in die Patentansprüche integriert werden.
Zu Zwecken der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, soweit nicht ausdrücklich dementiert: beinhaltet die Singularform die Pluralform und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ sind beide verbindend und trennend; die Wörter „alle und jegliche“ bedeuten beide „alles und jedes“; und die Wörter „einschließlich, beinhaltet“ und „umfassend“ und „aufweisen“ bedeuten „einschließlich ohne Einschränkung.“ Darüber hinaus können beispielsweise Wörter für Annäherungen, wie „etwa“, „fast“, „wesentlich“, „ungefähr“ und dergleichen, hierin im Sinne von „bei, nahe oder nahezu“, oder „innerhalb 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder jegliche logische Kombination davon verwendet werden. Schließlich sind Richtungsadjektive und Adverbien, wie etwa vorn, achtern, innen, außen, Steuerbord, Backbord, vertikal, horizontal, oben, unten, vorne, hinten, links, rechts usw. in Bezug auf eine Vorwärtsfahrtrichtung eines motorunterstützen manuell betriebenen Fahrzeugs, vorliegen können, wenn das Fahrzeug beispielsweise betriebsmäßig auf einer horizontalen Fläche ausgerichtet ist.
Mit Bezug auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, wird in 1 ein repräsentatives benutzerbetriebenes, motorunterstütztes Fahrzeug, das im Allgemeinen mit 10 und hierin zu Zwecken der Erörterung als ein Pedelec („E-Bike“) bezeichnet wird, dargestellt. Über das Fahrzeug 10 verteilt, z. B. an verschiedenen Stellen an einem Fahrzeugrahmen 12 verpackt, ist ein adaptives Tretkraftunterstützungssystem 14 vorgesehen, das ein zusätzliches Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs 10 bereitstellt. Das in 1 dargestellte motorunterstützte benutzerbetriebene Fahrzeug 10 - hier auch kurz als „manuell angetriebenes Fahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine exemplarische Anwendung, mit der Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung ausgeführt werden können. Gleichermaßen sollte die Implementierung der vorliegenden Konzepte für ein elektromotorbasiertes Tretkraftunterstützungssystem 14 auch als repräsentative Anwendung der hierin offenbarten Konzepte und Merkmale verstanden werden. Daher ist zu verstehen, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung auf andere adaptive Leistungsunterstützungsarchitekturen angewandt und für jeden logisch relevanten Typ eines manuell angetriebenen Fahrzeugs implementiert werden können. Letztendlich sind die hierin abgebildeten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu und dienen lediglich Anleitungszwecken. Somit gelten die spezifischen und relativen Maße der Zeichnungen nicht als einschränkend.
Das adaptive Tretkraftunterstützungssystem 14 von 1 besteht im Allgemeinen aus einem Zugmotor 18, der mit einer residenten Fahrzeugsteuerung 20 kommuniziert und von dieser gesteuert wird, die beide fest am starren Fahrzeugrahmen 12 angebracht sind. Gemäß dem veranschaulichten Beispiel ist der Zugmotor 18 eine hinten angebrachte Elektromotor-/Generatoreinheit (MGU), die durch ein Traktionsbatteriepack 22 zum selektiven Antreiben einer Hinterradeinheit 16 (z. B. Reifen, Felge, Speichen, Nabe und Achse) angetrieben wird. Der Zugmotor 18 kann durch eine geeignete Montagehalterung oder zentrale Nabe 19 an einer Hinterradgabel 13 des Fahrzeugrahmens 12 montiert werden. Obwohl der Zugmotor 18 als eine Direktantriebseinheit dargestellt ist, kann er über ein geeignete Kraftübertragung, wie beispielsweise einen Riemenantrieb oder ein Kettenantriebsgetriebe, mit der Hinterradeinheit 16 gekoppelt werden, um dem Fahrzeug 10 eine Antriebskraft zu verleihen. Alternative Leistungsunterstützungsarchitekturen können den Zugmotor 18 antriebsmäßig mit einer lenkbaren Vorderradeinheit 24 oder einem zentral angeordneten Kurbelsatz 26 oder einer beliebigen Kombination der Radeinheiten 16, 24 und des Kurbelsatzes 26 verbinden, um für den Antrieb des Fahrzeugs 10 eine Antriebskraft bereitzustellen. Es ist ferner vorgesehen, dass das Fahrzeug 10 andere Antriebsmaschinen für einen zusätzlichen Antrieb einsetzt, einschließlich einer Verbrennungsmotoranordnung (ICE-Anordnung) oder eines Hybridantriebsstrangs, der sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor verwendet.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist der Zugmotor 18 elektrisch mit dem Traktionsbatteriepack 22 verbunden und wird von diesem mit Energie versorgt, um das Fahrzeug 10 entweder in einem Modus ohne Unterstützung (Selbstantriebsmodus) oder in einem Modus mit Unterstützung (Zusatzantriebmodus) anzutreiben. Die residente Fahrzeugsteuerung 20 ist programmiert, um verschiedene Benutzereingabesignale, Sensorsignale und drahtlose Datenaustausche zu empfangen und zu verarbeiten und auf diese Eingaben durch Modulation der Drehmomentausgabe des Zugmotors 18 über ein oder mehrere Motorsteuersignale zu reagieren. Während des unterstützten Betriebsmodus gibt der Zugmotor 18 ein „E-Assist“-Drehmoment auf ein Niveau aus, das zur Erhöhung oder „Verstärkung“ eines benutzererzeugten Drehmoments ausreicht, während es immer noch ein oder mehrere gewünschte E-Assist-Ziele des Benutzers 11 erfüllt. Wenn der Zugmotor 18 in einem Selbstantriebsmodus oder Betriebsmodus ohne Unterstützung arbeitet, gibt er ein Antriebsdrehmoment aus, das ausreicht, um das Fahrzeug 10 vorübergehend anzutreiben, ohne dass der Fahrer die Pedalen betätigt. Auf diese Weise kann die residente Fahrzeugsteuerung 20 dem Zugmotor 18 automatisch in Echtzeit elektrische Energie von dem Traktionsbatteriepack 22 zuweisen und somit E-Unterstützungsfunktionen in Echtzeit reservieren und optimieren, während das Fahrzeug 10 eine Fahrtstrecke zurücklegt.
Das Pedelec 10 von 1 kann jede geeignete Fahrradkonfiguration annehmen, einschließlich Einrad, Fahrrad, Dreirad, Vierrad usw., und kann eine männliche, weibliche oder unisex Rahmenkonstruktion beinhalten. Der repräsentative Fahrzeugrahmen 12 ist mit einer verstellbaren, gepolsterten Sitzanordnung 15 zum Unterstützen eines Radfahrers (oder „Benutzers“) 11 ausgestattet. Ein Lenkersatz 17 oder ein ähnlich geeigneter Lenkmechanismus ermöglicht dem Radfahrer 11, die Richtung und Richtungsänderungen des Fahrzeugs 10 manuell zu steuern. An dem Lenkersatz 17 angebrachte Fahrradbremshebel (nicht dargestellt) ermöglichen es dem Benutzer, das Fahrzeug 10 selektiv zu verlangsamen und anzuhalten. Die Radeinheiten 16 und 24 (hierin auch als „Laufräder“ oder lediglich „Räder“ bezeichnet) sind drehbar am Fahrzeugrahmen 12 über jeweilige hintere und vordere Gabeln 13 und 21 montiert. Diese Radeinheiten 16 und 24 stehen in rollendem Reibkontakt mit einer Oberfläche, die in 1 durch vier angrenzende, deutlich abgewinkelte Straßenabschnitte RS1-RS4 dargestellt ist.
Unter Verwendung einer zyklischen Drehbewegung seiner Füße und/oder Hände (z. B. für handbetriebene Anwendungen) übt der Radfahrer 11 eine Tretkraftdrehung auf Pedale 28 aus, um Antriebskräfte zum Antreiben des Fahrzeugs 10 zu erzeugen. Diese Kräfte werden auf die Komponenten eines miteinander verbundenen Kurbelsatzes 26 übertragen, d. h. auf gegenüberliegende Kurbelarme, die starr an einem oder mehreren Kettenrädern befestigt sind. Wenn der Radfahrer 11 den Kurbelsatz 26 dreht, überträgt die resultierende Drehung ein manuelles Tretkraftdrehmoment an das hintere Laufrad 16. Die Drehmomentübertragung erfolgt über einen Antriebsmechanismus 30, wie beispielsweise einen geschlossenen Kreislauf der Fahrradkette. Der Antriebsmechanismus 30 ist mechanisch mit der zentralen Nabe 19 verbunden, z. B. über ein komplementär angetriebenes Kettenrad (nicht dargestellt) in einer Fahrradkonfiguration mit Hinterradantrieb. Somit drehen manuelle Tretkräfte, die vom Radfahrer 11 auf die Pedale 28 ausgeübt werden, letztendlich das hintere Laufrad 16 und treiben dadurch das Fahrzeug 10 über die Straßenoberfläche in der Richtung des Pfeils A an Es ist vorgesehen, dass der Zugmotor 18 und der Kurbelsatz 26 jeweils antriebsmäßig mit einer jeweiligen der Radeinheiten 16, 24 verbunden sein können, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
Für zumindest einige Anwendungen kann das Fahrzeug 10 optional mit regenerativen Ladefähigkeiten ausgestattet sein, die es ermöglichen, dass das Traktionsbatteriepack 22 während des Betriebs des Fahrzeugs 10 wieder aufgeladen wird. Befindet sich das Fahrzeug 10 beispielsweise auf einem abfallenden Radweg, können die Räder 16 und 24 normalerweise frei laufen, während die Schwerkraft vorläufig die Antriebskraft liefert, die das Fahrzeug 10 antreibt. Alternativ kann die Fahrzeugsteuerung 20 den Zugmotor 18 von einem Motorbetriebsmodus in einen Generatorbetriebsmodus umschalten, wodurch der Motor 18 elektrische Energie erzeugen kann, z. B. durch Induzieren einer elektromagnetischen Induktion durch den Rotor und den Stator des Motors. In einer solchen Ausführungsform zum regenerativen Laden des Fahrzeugs 10 kann der Zugmotor 18 mit einer beliebigen erforderlichen Leistungskonditionierungsausrüstung ausgestattet sein, z. B. einem Leistungsinverter, einem DC-DC-Wandler, Verbindungskondensatoren und/oder anderen Leistungsfilterkomponenten usw.
Die E-Unterstützungsfähigkeiten werden selektiv vom Zugmotor 18 als Reaktion auf Motorsteuersignale der residenten Fahrzeugsteuerung 20 bereitgestellt. Die Echtzeitschnittstelle des Radfahrers 11 mit der residenten Fahrzeugsteuerung 20 kann über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 32 erleichtert werden, die an dem Lenkersatz 17 des Fahrzeugs 10 montiert ist. Eine Fitness-Tracker-Vorrichtung, die in 1 als tragbare elektronische Vorrichtung 34 dargestellt ist, ist betreibbar, um die Herzfrequenz, den Kalorienverbrauch, den Schweiß, die Pedalfrequenz oder alle anderen derartigen gesundheitsbezogenen und aktivitätsbezogenen Parameter des Radfahrers 11 zu überwachen. Als weitere Option kann der Radfahrer 11 ein zellularfähiges Smartphone-Gerät 36 verwenden, um zusätzliche Eingaben an die residente Fahrzeugsteuerung 20 bereitzustellen, wie beispielsweise Echtzeit-Fahrzeugpositionsverfolgung, Benutzerpräferenzen und Meilensteine, historische Unterstützungsniveaudaten usw. Jede der residenten Fahrzeugsteuerungen 20, der tragbaren elektronischen Vorrichtung 34 und/oder der Smartphone-Vorrichtung 36 können drahtlos miteinander und mit einem oder mehreren entfernten Rechenknoten kommunizieren, die schematisch als cloudbasierter Dienst 38 und Backend-Datenbankserver-Computer 40 dargestellt sind. Kommunikationsfähigkeiten mit entfernten, extern vernetzten Vorrichtungen können über eine(n) zellulare(n) Chipsatz/Komponente, ein drahtloses Modem, eine(n) Navigations- und Ortungs-Chipsatz/Komponente (z. B. GPS-Transceiver), eine Kurzbereichs-Drahtloskommunikationsvorrichtung (z. B. eine Bluetooth®-Einheit oder Nahfeldkommunikationstransceiver (NFC-Transceiver), eine Dualantenne oder ein beliebiges geeignetes drahtloses Kommunikationsmittel bereitgestellt werden.
Wie vorstehend angegeben, ist die residente Fahrzeugsteuerung 20 so aufgebaut und programmiert, dass sie unter anderem den Betrieb des Zugmotors 18 steuert. Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Steuereinheit, Prozessor und alle Permutationen hiervon können definiert werden als eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer logischer Schaltungen, anwendungsspezifischer integrierter Schaltung(en) (ASIC), elektronische Schaltung(en), zentrale Verarbeitungseinheit(en) (z. B. Mikroprozessor(en)) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke usw.), ob resident, entfernt oder eine Kombination aus beidem. Die Steuerung 20 kann ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -routinen, logische Verknüpfungsschaltung(en), Eingabe/Ausgabe-Stromkreis(e) und -geräte ausführen und entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten beinhalten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Codes, Algorithmen und ähnliche Begriffe können sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze inklusive Kalibrierungen und Nachschlagetabellen beziehen. Die Steuerung kann mit einem Satz von Steuerroutinen konzipiert sein, die ausgeführt werden, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Steuerroutinen werden zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und können die Eingänge der Sensorvorrichtungen und anderer vernetzter Steuermodule überwachen, um Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Vorrichtungen und Aktuatoren auszuführen. Routinen können in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z. B. nach jeweils 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden im laufenden Fahrzeugbetrieb ausgeführt werden. Alternativ dazu können die Routinen als Reaktion auf ein Ereignis während des Betriebs des Fahrzeugs 10 ausgeführt werden.
Mit Bezug auf das Flussdiagramm von 2 wird ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zum Bereitstellen von adaptiven Leistungsunterstützungsfähigkeiten an ein manuell angetriebenes Fahrzeug, wie beispielsweise das Pedelec 10 von 1, allgemein bei 100 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Einige oder alle der in 2 veranschaulichten und hierin beschriebenen Vorgänge können repräsentativ für einen Algorithmus sein, was prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise im Haupt- oder Hilfsspeicher gespeichert werden können und beispielsweise durch eine fahrzeugseitige oder fernbetätigte Steuerung, Verarbeitungseinheit, Steuerlogikschaltung oder ein anderes Modul oder eine andere Vorrichtung ausgeführt werden können, um beliebige oder alle der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Funktionen auszuführen, die den offenbarten Konzepten zugeordnet sind. Es sollte angemerkt werden, dass die Reihenfolge bei der Ausführung der veranschaulichten Operationsblöcke geändert, zusätzliche Blöcke hinzugefügt und einige der beschriebenen Blöcke geändert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 100 beginnt am Eingabe-/Ausgabeblock 101 mit prozessorausführbaren Anweisungen für eine programmierbare Steuerung oder ein Steuermodul, um benutzerspezifische Leistungseingabedaten in Echtzeit während des Betriebs eines manuell angetriebenen Fahrzeugs zu empfangen. In der repräsentativen Architektur von 1 kommuniziert beispielsweise die residente Fahrzeugsteuerung 20 des Pedelec 10 mit einem Drehmomentsensor 42, der die Drehmomenteingabe am Kurbelsatz 26 überwacht, z. B. mit etwa 20 Zyklen pro Sekunde (20 Hertz (Hz)). Der Drehmomentsensor 42 erzeugt und überträgt Sensordaten (TorqueSample), die ein durch Tretkraft erzeugtes Drehmoment anzeigen, das von einem Benutzer 11 zum Antreiben der Hinterradeinheit 16 eingegeben wird. In einer Reihe von Variationen kann der Drehmomentsensor 42 die Form eines magneto-statischen Dehnungsmessstreifens annehmen, der mechanisch mit einem Kettenring oder einer Innenspindel des Kurbelsatzes 26 gekoppelt ist und so konstruiert ist, dass er ein Reaktionsdrehmoment vom Kurbelsatz 26 misst, das ungefähr proportional zum Fahrerantriebsdrehmoment ist. Bei einer beliebigen Raddrehzahl kann der Radfahrer 11 die Raddrehzahl beibehalten oder modifizieren, während er die Trittfrequenz oder Leistungseingabe ändert, indem er manuell einen Umwerferhebel (nicht dargestellt) manuell umschaltet, um das verwendete Fahrradkettenrad zu ändern.
Unter Verwendung der Daten, die am Eingabe-/Ausgabeblock 101 empfangen, abgerufen oder gesammelt (gemeinsam „empfangen“) werden, stellt das Verfahren 100 am Entscheidungsblock 103 fest, ob die Trittfrequenzrichtung der Tretkraft des Fahrers in Vorwärtsrichtung ist oder nicht (CadenceDir = = Forward). Beispielhaft und nicht einschränkend können vom Drehmomentsensor 42 in Echtzeit ausgegebene Sensordaten von der residenten Fahrzeugsteuerung 20 verwendet werden, um eine aktuelle Trittfrequenzrichtung des durch den vom Benutzer durch Tretkraft erzeugten Drehmoments zu bestimmen. So kann beispielsweise ein Sensorsignal, das eine Drehmomenteingabe einer beliebigen Größe (z. B. für einen unidirektionalen Drehmomentmesser) oder einer positiven Größe (z. B. für einen bidirektionalen Drehmomentmesser) anzeigt, eine Vorwärtstretkraftrichtung anzeigen. Umgekehrt kann ein Sensorsignal, das eine Drehmomenteingabe Null oder eine negative Größe anzeigt, eine Rückwärtstretkraftrichtung oder keine Tretkrafteingabe am Kurbelsatz 26 anzeigen. In Reaktion auf eine Bestimmung, dass sich die Trittfrequenzrichtung nicht in einer Vorwärtsrichtung befindet (Block 103 = NEIN), fährt das Verfahren 100 mit Anweisungen für die Steuerung 20 mit dem Verfahrensblock 105 fort, um den Motordrehmomentbefehl auf null einzustellen (TorqueCommand = 0), und fährt dann mit dem Verfahrensblock 119 fort, um ein oder mehrere Befehlssignale an den Zugmotor 18 zu übertragen, um die Ausgabe des Motordrehmoments in Übereinstimmung mit dem auf Null gestellten Motordrehmomentbefehl zu stoppen. Für zumindest einige Anwendungen kann der Verfahrensblock 105 ferner das Setzen eines gefilterten benutzergenerierten DrehmomentEingabewerts auf Null (FilteredInputTrq = 0) beinhalten (oder durch dieses ersetzt werden), was gleichzeitig den Motordrehmomentbefehl auf Null ändern würde. Das Verfahren 100 kann danach enden oder zum Eingabe-/Ausgabeblock 101 zurückkehren und in einer kontinuierlichen Schleife ablaufen.
Wenn bestimmt wird, dass die Trittfrequenzrichtung des Radfahrers in Vorwärtsrichtung (Block 103 = JA) ist, fährt das Verfahren 100 mit dem Entscheidungsblock 107 fort, um zu bestimmen: (1) ob die Drehmomenteingabe des Radfahrers kleiner als das befohlene Motordrehmoment des Zugmotors ist (TorqueSample < prevTorqueCommandl); und (2) ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner ist als eine skalierte Trittfrequenzzeit der Trittfrequenzgeschwindigkeit des Benutzers (DecayTime < CadenceRatio). Von den vorstehenden zwei Bestimmungen kann die erste durch die Bestimmung ergänzt oder ersetzt werden, ob der Fahrerdrehmomentantrieb geringer ist als ein zuvor gefilterter Drehmomenteingabewert des vom Benutzer erzeugten Drehmoments (TorqueSample < prevFilteredInputTrq). Das befohlene Motordrehmoment (prevTorqueCommand) kann einem im Speicher gespeicherten vorherigen befohlenen Motordrehmomentwert von einem vorherigen Funktionsaufruf während des Betriebs des Leistungsunterstützungssystems 14 entsprechen. Im Gegensatz dazu kann die kalibrierte Motorabfallzeit (DecayTime) einer im Speicher gespeicherten voreingestellten maximal zulässigen Zeit für einen kontrollierten Abfall des vom Zugmotor 18 erzeugten Abtriebsdrehmoments entsprechen. Allgemein gesprochen kann die Abfallzeit als eine Zeithaltevariable typisiert werden, die zur Überprüfung der skalierten Trittfrequenzzeit verwendet wird. Die skalierte Trittfrequenzzeit (CadenceRatio) kann gleich einer aktuellen Zeit eingestellt werden, die der Benutzer 11 benötigt, um eine halbe Umdrehung des Kurbelsatzes 26 zu vollenden, d. h., ein angetriebenes Pedal vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) zu drücken. wie in 3 gezeigt. Im Allgemeinen ist die skalierte Trittfrequenzzeit ein Zeitwert, der als Funktion der Trittfrequenzumdrehungen pro Minute (U/min) und eines konstanten skalaren Multiplikators berechnet wird.
Wenn eine der im Entscheidungsblock 107 durchgeführten Bestimmungen als falsch zurückgegeben wird (Block 107 = NEIN), nämlich wenn TorqueSample ≥ PrevTorqueCommand ODER DecayTime ≥ CadenceRatio ODER (optional) hend ≥ TorqueSample ≥ PrevFilteredInputTrq, geht das Verfahren 100 zu Verfahrensblock 109 über, um die kalibrierte Motorabfallzeit (Reset DecayTime) auf eine Standard-Motorabfallzeit zurückzusetzen (z. B. Null (0)). Zeitgleich mit dem Rücksetzen der Abfallzeit fährt das Verfahren 100 mit dem Verfahrensblock 111 mit Anweisungen von der residenten Fahrzeugsteuerung 20 fort, um den Motordrehmomentbefehl gleich dem Fahrerdrehmomentantrieb einzustellen (TorqueCommand = TorqueSample), und fährt dann mit dem Verfahrensblock 119 fort, um ein oder mehrere Befehlssignale an den Zugmotor 18 zu übertragen, um das Motordrehmoment gemäß dem neu definierten Motordrehmomentbefehl auszugeben. Für zumindest einige Anwendungen kann der Verfahrensblock 111 ferner das Setzen des gefilterten benutzergenerierten Drehmomenteingabewerts auf den Drehmoment-Abtastwert (FilteredInputTrq = TorqueSample) beinhalten (oder durch diesen ersetzt werden). In jedem Fall wird der Motordrehmomentbefehl ungefähr gleich der ursprünglich empfangenen Drehmomentabtastung eingestellt, um die Drehmomentausgabe des Zugmotors mit dem ungefilterten Signalwert neu auszurichten.
Wenn festgestellt wird, dass die Drehmomenteingabe des Fahrers kleiner als das vom Zugmotor befohlene Motordrehmoment ist UND die kalibrierte Motorabfallzeit kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist UND (optional) der Fahrerdrehmomentantrieb kleiner als der zuvor gefilterte Drehmomenteingabewert ist (Block 107 = JA) fährt das Verfahren 100 mit dem Verfahrensblock 113 fort und erhöht die kalibrierte Motorabfallzeit um einen vorbestimmten Inkrementwert (Increment DecayTime). Für zumindest einige Implementierungen wird die voreingestellte maximal zulässige Zeit für das kontrollierte Abfallen des Motorabtriebsdrehmoments um den Faktor 1 erhöht. Nach dem Inkrementieren der Abfallzeit fährt das Verfahren 100 mit dem Verfahrensblock 115 fort, um einen Drehmomentabfallfaktor zu berechnen, aufzurufen, zu schätzen oder abzurufen (zusammen „zu bestimmen“). Als Beispiel kann der Drehmomentabfallfaktor ein Multiplikator sein, der aus einer Nachschlagetabelle abgerufen wird, die in einer lokalen Speichervorrichtung gespeichert ist. Dieser Abfallfaktor kann bei höheren Trittfrequenzgeschwindigkeiten (z. B. TorqueDecayFactor_HI = 0,99) höher sein und kann bei niedrigeren Trittfrequenzgeschwindigkeiten (z. B. TorqueDecayFactor_LO = 0,70) kleiner sein. Alternative Ausführungsformen können jeden Drehmomentabfallfaktor in Echtzeit berechnen. Der Drehmomentabfallfaktor kann ein Bruchmultiplikator sein, der die vorherige Drehmomentabtastung als Funktion der aktuellen Trittfrequenzgeschwindigkeit reduziert. Bei Implementierungen, in denen ein gefiltertes Eingangsdrehmomentsignal eine gewünschte Ausgabe des Verfahrens 100 ist, kann der Drehmomentabfallfaktor ferner auf einer gewünschten Unterstützungsstufe basieren, die vom Benutzer 11 ausgewählt wird, z. B. unter Verwendung einer elektronischen Benutzereingabevorrichtung, wie beispielsweise HMI 32, der tragbaren elektronischen Vorrichtung 34 und/oder dem Smartphone 36 von 1.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 bewegt sich das Verfahren 100 zum Verfahrensblock 117 mit prozessorausführbaren Anweisungen für eine lokale oder entfernte Computervorrichtung, wie beispielsweise die residente Fahrzeugsteuerung 20, um ein modifiziertes befohlenes Motordrehmoment zu berechnen, indem der im Verfahrensblock 115 identifizierte Drehmomentabfallfaktor auf das zuvor befohlene Motordrehmoment angewendet wird (TorqueCommand = prevTorqueCommand * TorqueDecayFactor). Dabei kann die Abfallrate des Zugmotors 18 durch Multiplizieren des vorherigen Drehmomentbefehls durch den Abfallfaktor gesteuert werden. Der Verfahrensblock 117 kann durch Anweisungen zum Berechnen eines modifizierten gefilterten Antriebsdrehmoments durch Anwenden des Drehmomentabfallfaktors auf den vorherigen gefilterten Antriebsdrehmomentwert (FilteredInputTrq = prevFilteredInputTrq * TorqueDecayFactor) ergänzt oder ersetzt werden. Sobald der modifizierte Motordrehmomentbefehl und/oder das modifizierte gefilterte Antriebsdrehmoment berechnet ist, überträgt die Fahrzeugsteuerung 20 ein oder mehrere Befehlssignale an den Zugmotor 18, um bei Verfahrensblock 119 ein moduliertes Motordrehmoment gemäß dem modifizierten Motordrehmomentbefehl/gefilterten Antriebsdrehmoment auszugeben. Vor dem Übertragen eines Motordrehmomentbefehls bei Block 119 kann das gefilterte Antriebsdrehmoment des Benutzers eine weitere Verarbeitung erfordern, wie beispielsweise das Multiplizieren des gefilterten Antriebsdrehmoments mit einem kalibrierten Faktor, das Begrenzen des gefilterten Antriebsdrehmoments für Batterieleistungsbeschränkungen, das Begrenzen des gefilterten Antriebsdrehmoments aufgrund von Motorbeschränkungen und/oder das Formen einer gewünschten Abstufung, um die Fahrqualitätsanforderungen zu erfüllen.
3 veranschaulicht grafisch ein repräsentative Darstellung eines rohen, ungefilterten Fahrerantriebsdrehmoments T_RI (Kurbelsatz-Antriebsdrehmomentgröße gemessen in Newtonmeter (Nm)) als Funktion der Trittfrequenz (Kurbelsatzpedalposition gemessen in Grad (°)). Ein repräsentatives motorerzeugtes Unterstützungsdrehmoment T_MG eines Elektromotors wird dem ungefilterten Fahrerantriebsdrehmoment T_RI gegenübergestellt. Wie oben beschrieben, kann dieses motorerzeugte Unterstützungsdrehmoment T_MG in Echtzeit als Funktion des gefilterten Fahrerantriebsdrehmoments und der Pedaltrittfrequenz moduliert werden. Das Diagramm von 3 hilft, zu zeigen, wie ein roher Antriebsdrehmomentwert gefiltert wird, um einen stabileren, weniger zyklischen Motordrehmomentbefehl zu erzeugen. Im Allgemeinen kann die Trittfrequenzgeschwindigkeit der Pedaleingabe des Fahrers mit einem kalibrierten Skalarwert multipliziert werden, um eine maximale Abfallzeit für das Abtriebsdrehmoment des Motors zu definieren. Ein beispielhaftes Trittfrequenzverhältnis C_R , was das Produkt der Trittfrequenzgeschwindigkeit und eines konstanten skalaren Multiplikators sein kann, ist auf der rechten Seite von 3 dargestellt. Die maximale Abfallzeit wird dann verwendet, um den Abfall des Motorabtriebsdrehmoments zu begrenzen oder anderweitig zu verlangsamen, z. B. auf eine halbe Trittfrequenzumdrehung, um einen wahrnehmbaren Segeleffekt im Motorabtriebsdrehmoment während der E-Unterstützung zu verbessern. Beispiele für die Änderung des Motorabfalls - eines ersten Drehmomentabfallfaktors D_M1 und eines zweiten Drehmomentabfallfaktor D_M2 - sind als Funktion der Trittfrequenz und der Unterstützungsstufe in 3 dargestellt, um eine Abnahme der zugewiesenen Abfallzeit für den Zugmotor darzustellen, wenn die Trittfrequenzgeschwindigkeit angestiegen ist, während die Größe des Pedalantriebsdrehmoments zwischen ungefähr denselben Werten zykliert.
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen implementiert werden, wie zum Beispiel Programmmodulen, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden, die von einem Onboard-Computergerät oder einem verteilten Netzwerk von residenten und entfernten Computergeräten ausgeführt werden. Die Software kann in nicht einschränkenden Beispielen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen beinhalten, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, damit eine Steuerung oder ein Prozessor entsprechend einer Eingabequelle reagieren kann. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben in Reaktion auf Daten zu initiieren, die in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten empfangen werden. Die Software kann als nicht einschränkendes Beispiel auf einem beliebigen einer Vielzahl von Speichermedien, wie CD-ROM, Magnetplatte, Blasenspeicher und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM), gespeichert sein.
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen einschließlich Mehrprozessorsystemen, Mikroprozessor-basierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Mainframe-Computern und dergleichen durchgeführt werden. Zusätzlich können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in Umgebungen mit verteilter Datenverarbeitung ausgeführt werden, bei denen Aufgaben durch Fernverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können Programmmodule sowohl auf lokalen als auch entfernten Computerspeichermedien einschließlich Speichergeräten angeordnet sein. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung beinhalten durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung, und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software oder jedes beliebige Verfahren kann in einer Software verkörpert sein, die auf einem physischen Medium gespeichert ist, wie beispielsweise einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einem Festplattenlaufwerk, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichervorrichtungen. Durchschnittsfachleute werden ohne weiteres erkennen, dass der gesamte Algorithmus und/oder Teile davon alternativ von einer anderen Vorrichtung als einer Steuerung ausgeführt und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware auf verfügbare Weise verkörpert werden können (z. B. von einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einer programmierbaren Logikvorrichtung (PLD), einer feldprogrammierbaren Logikvorrichtung (FPLD), einer diskreten Logik usw. implementiert werden können). Obwohl spezielle Algorithmen unter Bezugnahme auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, wird der Durchschnittsfachmann leicht erkennen, dass viele andere Verfahren zum Implementieren der exemplarischen maschinenlesbaren Anweisungen alternativ verwendet werden können.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden im Detail unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht beschränkt auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; jegliche und alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, ersichtlich aus den vorangehenden Beschreibungen, liegen innerhalb des Umfangs der Offenbarung, wie durch die hinzugefügten Ansprüchen definiert. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Leistungsunterstützungssystems eines manuell angetriebenen Fahrzeugs, wobei das manuell angetriebene Fahrzeug einen Rahmen mit einem oder mehreren Rädern beinhaltet, die an dem Rahmen befestigt sind, wobei das Leistungsunterstützungssystem eine Fahrzeugsteuerung und einen am Rahmen befestigten und betreibbaren Zugmotor beinhaltet, um mindestens eines der einen oder mehreren Räder anzutreiben, das Verfahren umfassend: das Empfangen von Sensordaten über die Fahrzeugsteuerung von einem Drehmomentsensor, die eine Drehmomenteingabe des von einem Benutzer erzeugten Drehmoments anzeigen, um mindestens eines der einen oder mehreren Räder anzutreiben; Bestimmen über die Fahrzeugsteuerung, ob die Drehmomenteingabe kleiner als ein befohlenes Motordrehmoment des von dem Zugmotor erzeugten Drehmoments ist; Bestimmen, über die Fahrzeugsteuerung, ob eine kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors kleiner als eine skalierte Trittfrequenzzeit einer Trittfrequenzgeschwindigkeit des Benutzers ist; in Reaktion darauf, dass die Drehmomenteingabe kleiner als das befohlene Motordrehmoment ist und die kalibrierte Motorabfallzeit kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist, Bestimmen eines Drehmomentabfallfaktors basierend auf der Trittfrequenzgeschwindigkeit; Bestimmen eines modifizierten befohlenen Motordrehmoments durch Anwenden des Drehmomentabfallfaktors auf das befohlene Motordrehmoment; und Übertragen eines Befehlssignals über die Fahrzeugsteuerung an den Zugmotor, zur Ausgabe eines modulierten Motordrehmoments gemäß des modifizierten befohlenen Motordrehmoments.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Bestimmen einer Trittfrequenzrichtung der vom Benutzer erzeugten Drehmomenteingabe; und Bestimmen, über die Fahrzeugsteuerung, ob die Trittfrequenzrichtung in Vorwärtsrichtung ist, worin das Bestimmen des Drehmomentabfallfaktors ferner in Reaktion darauf erfolgt, dass die Trittfrequenzrichtung in Vorwärtsrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Übertragen von Signalen zum Stoppen des Ausgabe des Motordrehmoments über die Fahrzeugsteuerung an den Zugmotor in Reaktion darauf, dass die Trittfrequenzrichtung nicht in Vorwärtsrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Übertragen von Signalen über die Fahrzeugsteuerung an den Zugmotor, in Reaktion darauf, dass die Drehmomenteingabe nicht kleiner als das befohlene Motordrehmoment ist, zum Ausgeben eines Motordrehmoments, das gleich der Drehmomenteingabe ist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, in Reaktion darauf, dass die Drehmomenteingabe nicht kleiner als das befohlene Motordrehmoment ist, das Zurücksetzen der kalibrierten Motorabfallzeit auf eine Standard-Motorabfallzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Übertragen von Signalen zum Ausgeben eines Motordrehmoments gleich der Drehmomenteingabe über die Fahrzeugsteuerung an den Zugmotor, wenn die kalibrierte Motorabfallzeit nicht kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, in Reaktion darauf, dass die kalibrierte Motorabfallzeit nicht kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist, das Zurücksetzen der kalibrierten Motorabfallzeit auf eine Standard-Motorabfallzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Drehmomenteingabe kleiner als das vorgegebene Motordrehmoment ist und die kalibrierte Motorabfallzeit kleiner als die skalierte Trittfrequenzzeit ist, das Inkrementieren der kalibrierten Motorabfallzeit um einen vorbestimmten Inkrementwert.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: das Empfangen einer vom Benutzer ausgewählten Unterstützungsstufe über die Fahrzeugsteuerung von einer elektronischen Benutzereingabevorrichtung, worin das Bestimmen des Drehmomentabfallfaktors ferner auf der gewünschten Unterstützungsstufe basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die kalibrierte Motorabfallzeit des Zugmotors eine vorbestimmte maximale Zeit ist, die für einen kontrollierten Abfall des vom Zugmotor erzeugten Drehmoments zulässig ist.