DE102020205888A1

DE102020205888A1 - Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec

Info

Publication number: DE102020205888A1
Application number: DE102020205888.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Riedisser; Reinhard Deppert; Kim Führer; Hagen Döpfert; Ulrich Doerr; Christoph Margraf; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec mit einem Tretlagergetriebe vorgeschlagen, welches mit einer elektrischen Maschine und mit einer Tretkurbelwelle koppelbar ist, wobei bei aktiviertem Rekuperationsmodus zumindest ein Laufrad mit der elektrischen Maschine des Pedelecs gekoppelt und abgebremst wird und ein mit der elektrischen Maschine verbundener Energiespeicher aufgeladen wird, wobei zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Vorwärts-Tretrichtung der Rekuperationsmodus deaktiviert wird und wobei zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Rückwärts-Tretrichtung der Rekuperationsmodus aktiviert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec mit einem Tretlagergetriebe, wobei das Tretlagergetriebe mit einer elektrischen Maschine und mit einer Tretkurbelwelle koppelbar ist und wobei bei aktiviertem Rekuperationsmodus zumindest ein Laufrad des Pedelecs mit der elektrischen Maschine des Pedelecs gekoppelt und abgebremst wird und ein mit der elektrischen Maschine verbundener Energiespeicher aufgeladen wird.
Es ist bekannt, ein Rekuperationsmodus bzw. -betrieb bei Pedelecs mit Nabenmotoren im Front- oder Hecklaufrad zu realisieren, wodurch das Pedelec bei aktiviertem Rekuperationsmodus während der Fahrt ohne Zuhilfenahme der mechanischen Bremse abgebremst wird und die dadurch entstehende Energie zum Aufladen eines Energiespeicher bzw. Akkus verwendet wird. Hierdurch kann der Verschleiß bei der mechanischen Bremse reduziert und zudem die maximale Reichweite des Pedelecs erhöht werden.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 208 380 A1 ist ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Pedelec bekannt. Das Tretlagergetriebe ist koaxial zur Getriebeeingangswelle bzw. Tretkurbelwelle angeordnet, wobei die elektrische Maschine entweder koaxial oder achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec vorzuschlagen, welches eine möglichst optimierte Aktivierung oder Deaktivierung des Rekuperationsmodus bei dem Pedelec ermöglicht, um einerseits den Verschleiß bei der mechanischen Bremse weiter zu reduzieren und andererseits die Reichweite des Pedelecs weiter zu maximieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung ergeben.
Somit wird ein Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec, einem E-Bike, einen-Lasten-Fahrrad, einem Mehr-Personenfahrrad vorgeschlagen, welche ein hybrides Antriebskonzept aus einem elektrischen Antrieb und menschlicher Muskelkraft aufweisen und mit einem Tretlagergetriebe ausgerüstet sind. Das Tretlagergetriebe und die in diesem Bereich angeordnete elektrische Maschine bieten eine bauraumgünstige Anordnung bei dem Pedelec und sind mit einer Tretkurbelwelle des Pedelecs koppelbar, wobei bei aktiviertem Rekuperationsmodus zumindest ein Laufrad mit der elektrischen Maschine des Pedelecs gekoppelt und abgebremst wird und ein mit der elektrischen Maschine verbundener Energiespeicher dadurch aufgeladen wird. Zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Vorwärts-Tretrichtung wird der Rekuperationsmodus deaktiviert und zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Rückwärts-Tretrichtung wird der Rekuperationsmodus aktiviert.
Die vorgeschlagene Bewegungserkennung an der Tretkurbelwelle zum Aktivieren oder Deaktivieren des Rekuperationsmodus kann beispielsweise durch eine Drehwinkelerkennung mittels eines Sensors realisiert werden, indem beispielsweise ein bereits vorhandener Drehmomentsensor des Tretlagergetriebes mit einer Zusatzfunktion einer Winkelerkennung ausgeführt wird. Es sind aber auch separate Sensoren verwendbar.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Betrag der Bremsleistung bzw. die Stärke der Rekuperation im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit eines in einer der Tretrichtungen bewegten Drehwinkels verändert wird. Durch die im vorgeschlagenen Verfahren verwendete Winkel- und Richtungserkennung ist es denkbar, in Abhängigkeit des Vorwärts- bzw. Rückwärtstretwinkels den Rekuperationsmodus bei dem Pedelec zu deaktivieren bzw. zu aktivieren und zudem auch die Bremsleitung bzw. Stärke zu verändern. Vorzugsweise könnte beispielsweise bei einem Drehwinkel von 180° in die Rückwärts-Tretrichtung, also in die Freilaufrichtung der Tretkurbelwelle, eine 50-prozentige Teillast-Rekuperation aktiviert werden. Bei einem Drehwinkel von 360° in Rückwärts-Tretrichtung könnte z. B. eine 100 % Volllast Rekuperation aktiviert werden. Dementsprechend könnte der Rekuperationsmodus durch einen Drehwinkel von 180° in die Vorwärts-Tretrichtung, also in die Antriebsdrehrichtung der Tretkurbelwelle, wieder auf 50 % Teillast-Rekuperation reduziert werden und durch einen weiteren Drehwinkel von 180° auf insgesamt 360° in die Vorwärts-Tretrichtung könnte der Rekuperationsmodus vollständig abgeschaltet werden. Ebenso ist es möglich, einen stufenlosen Aktivierungsverlauf für den Rekuperationsmodus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzusehen.
Demzufolge könnte im Rahmen des Verfahrens der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit des zurückgelegten Drehwinkels in die Vorwärts-Tretrichtung verringert und in die Rückwärts-Tretrichtung erhöht werden. Durch diese Ansteuerung von Teillast- bzw. Volllast-Rekuperation wären somit verschieden starke Bremswirkungen zur Akkuaufladung realisierbar, wodurch die Reichweite erhöht und zudem der Verschleiß der mechanischen Bremse des Pedelecs reduziert werden.
Diese Einstellungen können beispielsweise als Standardeinstellungen bei einem Steuergerät des Pedelecs hinterlegt werden, die im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens von dem Fahrer zum Beispiel verändert bzw. modifiziert werden. Vorzugsweise kann auch ein erweitertes Bedienmodul des Steuergerätes direkt an dem Lenker vorgesehen werden, um die Einstellungen des vorgeschlagenen Verfahrens zu verändern.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen werden, dass eine Deaktivierung des aktivierten Rekuperationsmodus vorzugsweise durch einen erfassten Drehmomentanstieg an der Tretkurbelwelle realisiert wird, denn ein Drehmomentanstieg signalisiert, dass der Fahrer wieder beschleunigen möchte, indem die Tretkurbelwelle in die Vorwärts-Tretrichtung betätigt wird.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Stärke bzw. die Bremsleistung der Rekuperation im aktivierten Rekuperationsmodus durch die Trittfrequenz beim Rückwärtstreten bestimmt wird. Dies bedeutet, dass die Bremsleistung in Abhängigkeit der Trittfrequenz alternativ oder zusätzlich zum erfassten Drehwinkel der Tretlagerkurbelwelle bestimmt werden kann. Hierzu könnte ein Trittfrequenzsensor alternativ oder zusätzlich zur Winkelerkennung verwendet werden. D. h. der Rekuperationsmodus wird aktiviert durch Rückwärtstreten, wobei die Rekuperation so lange aktiviert bleibt, wie rückwärts getreten wird. Die Trittfrequenz könnte als Trittfrequenzkennlinie in Bezug auf die Bremsleistung der Rekuperation in dem Steuergerät des Pedelecs standardmäßig hinterlegt werden. Im Rahmen des Verfahrens könnte die Trittfrequenzkennlinie nachträglich veränderbar bzw. angepasst werden.
Es ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren auch denkbar, dass die Aktivierung und Deaktivierung des Rekuperationsmodus alternativ oder zusätzlich über einen erfassten Betätigungswinkel an einem Bremshebel der mechanischen Bremse realisiert wird. Beispielsweise kann als Betätigungswinkel das Lüftspiel an dem Bremshebel verwendet werden, zum Beispiel durch Ausnutzen eines definierten Totwinkels bevor die tatsächliche Aktivierung der mechanischen Bremse erfolgt. Eine Aktivierung und Deaktivierung könnte auch durch einen zusätzlichen Hebel oder Knopf erfolgen. Die Bremsleistung bzw. die Stärke der Rekuperation könnte über den erfassten Betätigungswinkel am Bremshebel der mechanischen Bremse gesteuert werden. Die Deaktivierung des Rekuperationsmodus wäre durch das Lösen des Bremshebels der mechanischen Bremse realisierbar.
Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens kann beispielsweise eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt werden, wenn ein ECO-Modus in einem Steuergerät des Pedelecs aktiviert ist und keine Bewegung der Tretkurbel erfasst wird. Dies bedeutet, dass bei aktiviertem Stromsparmodus bzw. ECO-Modus der Fahrer ohne Rekuperation nur dann ausrollen kann, wenn der Fahrer stetig in Vorwärts-Tretrichtung tritt. Ansonsten würde automatisch eine Rekuperation stattfinden, um den Energiespeicher bzw. den Akku aufzuladen.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn der ECO-Modus in dem Steuergerät des Pedelecs aktiviert ist und eine mechanische Bremsung des Pedelecs z. B. durch die Betätigung des Bremshebels eingeleitet wird. Durch die automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus ergibt sich der Vorteil, dass der Verschleiß bei der mechanischen Bremse des Pedelecs verringert werden kann. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass der Betrag bzw. die Höhe der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit der erfassten Bremsleistung der mechanischen Bremse bestimmt wird.
Ferner ist es bei dem vorgeschlagenen Verfahren denkbar, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn beim Ausrollen und Stillstand der Tretkurbelwelle in einen niedrigeren Gang geschaltet wird.
Eine weitere Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass bei dem Verfahren eine automatische Deaktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn bei dem Steuergerät des Pedelecs ein hoher Gang oder ein MTB-Modus aktiviert wird oder aktiviert ist. Als MTB-Modus wird ein sogenannter Mountainbikemodus bezeichnet, der vorzugsweise im Gelände aktiviert wird. Ebenso wie bei Geländefahrten wird auch bei Fahrten in höheren Gängen davon ausgegangen, dass eine Rekuperation nicht erwünscht ist.
Eine automatische Deaktivierung des Rekuperationsmodus kann bei dem Verfahren durchgeführt werden, wenn beim Ausrollen und beim Stillstand der Tretkurbelwelle in einen höheren Gang geschaltet wird. Auch in diesem Fahrzustand ist eine Rekuperation nicht erwünscht.
Durch die vorbeschriebenen automatischen Aktivierungen oder Deaktivierungen des Rekuperationsmodus in Verbindung mit der Bewegungserfassung der Tretkurbelwelle kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine deutlich verbesserte Rekuperation realisiert werden und damit der Verschleiß der mechanischen Bremse weiter verringert und die Aufladung des Energiespeichers und damit die Reichweite des Pedelecs weiter erhöht werden.
Bei aktivierter Teillast- oder Volllast-Rekuperation könnte der Zustand im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens über ein Display am Lenker dem Fahrer angezeigt werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein bremsloses, vorausschauendes und somit energieeffizientes Fahren bzw. Betreiben des Pedelecs durch die vorgeschlagene verfahrensmäßige Ansteuerung von Geschwindigkeit bzw. Verzögerung des Pedelecs mittels der Bewegungserfassung von der Tretkurbelwelle und/oder dem Bremshebel realisiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018208380 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines Rekuperationsmodus bei einem Pedelec mit einem Tretlagergetriebe, welches mit einer elektrischen Maschine und mit einer Tretkurbelwelle koppelbar ist, wobei bei aktiviertem Rekuperationsmodus zumindest ein Laufrad des Pedelecs mit der elektrischen Maschine gekoppelt und abgebremst wird und ein mit der elektrischen Maschine verbundener Energiespeicher aufgeladen wird, wobei zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Vorwärts-Tretrichtung der Rekuperationsmodus deaktiviert wird und wobei zumindest beim Erfassen einer Bewegung der Tretkurbelwelle in Rückwärts-Tretrichtung der Rekuperationsmodus aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit eines in eine der Tretrichtungen bewegten Drehwinkels verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit des zurückgelegten Drehwinkels in Vorwärts-Tretrichtung verringert wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit des zurückgelegten Drehwinkels in Rückwärts-Tretrichtung erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus durch die Trittfrequenz beim Rückwärtstreten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn ein ECO-Modus in einem Steuergerät des Pedelecs aktiviert ist und keine Bewegung der Tretkurbelwelle erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn der ECO-Modus in dem Steuergerät des Pedelecs aktiviert ist und eine mechanische Bremsung des Pedelecs eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit der erfassten Bremsleistung einer mechanischen Bremse bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn beim Ausrollen und Stillstand der Tretkurbelwelle in einen niedrigeren Gang geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Deaktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn bei dem Steuergerät des Pedelecs ein hoher Gang oder ein MTB-Modus aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Deaktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn beim Ausrollen und Stillstand der Tretkurbelwelle in einen höheren Gang geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Aktivierung des Rekuperationsmodus durchgeführt wird, wenn ein vorbestimmter Betätigungswinkel an einem Bremshebel der mechanischen Bremse erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Betätigungswinkel das Lüftspiel vor einer tatsächlichen Aktivierung der mechanischen Bremse verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Bremsleistung im Rekuperationsmodus in Abhängigkeit des erfassten Betätigungswinkels an dem Bremshebel der mechanischen Bremse bestimmt wird.