DE102020215569B4

DE102020215569B4 - Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad, Steuergerät und Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE102020215569B4
Application number: DE102020215569.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Reisige; Merlin Martin Manewald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: DE102020215569A1

Abstract

Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad (100) mit einem Elektromotor (111) als Antriebsmotor, umfassend die folgenden Schritte• Erfassung (210) einer Drehzahl (K) einer Tretachse (104),• Erfassung (220) einer durch den Fahrer auf Pedale (106) aufgebrachten Trittkraft (FM),• Erfassung (230) einer Beschleunigung (a) des Elektrofahrrads (100) in Richtung einer Längsachse (150) des Elektrofahrrads (100),• Ermittlung (260) einer Fahrerleistung (PF) in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl (K) und der erfassten Trittkraft (FM),• Ermittlung (280) einer Leistungsabweichung (ΔP) zwischen der ermittelten Fahrerleistung (PF) und einem Leistungssollwert (PSoll), und• Steuerung (290) des Elektromotors (111) zur Erzeugung eines Motordrehmoments (M) in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsabweichung (ΔP), wobei bei einer ermittelten Fahrerleistung (PF) kleiner dem Leistungssollwert (PSoll) eine erzeugte Motorleistung (PM) mit steigender Leistungsabweichung (ΔP) erhöht wird• Steuerung (290) des Elektromotors (111) zur Erzeugung eines Motordrehmoments (M) zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung (a), wobei die Steuerung (290) das Motordrehmoment (M) zur Einstellung eines Beschleunigungssollwerts (asoll) regelt, dadurch gekennzeichnet, dass• der Beschleunigungssollwert (asoll) ein derart vorgegebener Wert ist, dass das Elektrofahrrad (100) ein vorgegebenes Fahrverhalten aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor als Antriebsmotor. Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, dieses Steuerungsverfahren durchzuführen, sowie das Elektrofahrrad mit diesem Steuergerät.
Stand der Technik
Eine Ansteuerung eines Elektromotors zu Kraftunterstützung eines Radfahrers durch ein erzeugtes Motordrehmoment erfolgt im Stand der Technik typischerweise in Abhängigkeit erfasster Trittkräfte des Fahrers, wobei diese Trittkräfte durch den Fahrer auf die Pedale des Elektrofahrrads aufgebracht und meist mittels eines Drehmomentsensors als Fahrerdrehmoment im Bereich der Tretachse des Elektrofahrrads erfasst werden. Anschließend wird beispielsweise das Motordrehmoment M in linearer Abhängigkeit von dem erfassten Fahrerdrehmoment FM und einem Assistenzverhältnisses α erzeugt, siehe Gleichung (1). Das Assistenzverhältnis α kann beispielsweise vom Fahrer zwischen 80 bis 400 % gewählt beziehungsweise eingestellt werden. $M = α \cdot FM$
Die Leistung P eines Fahrers eines Elektrofahrrads lässt sich als Produkt der Drehzahl K der Tretachse beziehungsweise der Trittfrequenz und des erfassten Fahrerdrehmoments FM bestimmen, siehe Gleichung (2). $P = 2 π \cdot K \cdot FM$
Die Schrift US 2019/0 299 797 A1 offenbart eine Antriebseinheit mit einem Steuergerät. Die Antriebseinheit umfasst ferner einen Beschleunigungssensor, einen
Drehmomentsensor und einen Drehzahlsensor sowie einen Elektromotor. Das Steuergerät weist eine Recheneinheit auf, welche ein Drehmomentsignal des Drehmomentsensors empfängt und eine Zielbeschleunigung basierend auf dem Drehmomentsignal entsprechend einer vorgegebenen Rechenvorschrift ermittelt. Die Recheneinheit bestimmt des Weiteren den Betrag der Unterstützungsleistung, welche durch den Elektromotor bereitgestellt wird, so dass eine Abweichung zwischen der Zielbeschleunigung und einer aktuellen erfassten Beschleunigung reduziert wird.
Die WO 2017 / 207 132 A1 offenbart ein Steuerungsverfahren zur Steuerung eines Elektromotors eines Elektrofahrrads. Das Steuerungsverfahren umfasst eine Erfassung eines Tretdrehmoments des Radfahrers und eine Erfassung eines eingelegten Übersetzungsverhältnisses der Gangschaltung. Ferner offenbaren die Schriften US 2005/0 140 113 A1 , US 2008 / 0 071 436 A1 und DE 199 37 445 A1 Elektrofahrräder, beziehungsweise ein mit Muskel- und Motorkraft bewegtes Fahrzeug, welche eine motorische Unterstützung an die eingebrachte Pedalkraft anpassen können, insbesondere erst ab einem Schwellwert der Pedalkraft die motorische Unterstützung anpassen. Aus DE 10 2019 131 197 A1 ist eine Steuervorrichtung für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug bekannt, welche mittels physischer Informationen eines Fahrers den Motor steuert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend der unabhängigen Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor als Antriebsmotor zur Kraftunterstützung des Fahrers. Das Verfahren weist eine Erfassung einer Drehzahl der Tretachse auf. Die Tretachse ist insbesondere mittels jeweils einer Kurbel mit den Pedalen des Elektrofahrrads verbunden. In einem weiteren Schritt wird eine durch den Fahrer auf die Pedale aufgebrachte Trittkraft erfasst. Die Trittkraft wird vorteilhafterweise als Fahrerdrehmoment im Bereich der Tretachse mittels eines Drehmomentsensors erfasst. Der Drehmomentsensor erfasst das Fahrerdrehmoment vorteilhafterweise basierend auf dem inversen magnetostrikiven Effekt an einer koaxial zur Tretachse angeordneten Hohlwelle, beispielsweise mittels Hall-Sensoren. Die Drehzahl kann beispielsweise auch mittels des Drehmomentsensors erfasst werden, da das erfasste Fahrerdrehmoment typischerweise bei der Drehung der Tretachse periodisch verläuft, das heiß der Verlauf des erfassten Fahrerdrehmoments Maxima im Bereich einer waagerechten Pedalstellung und Minima im Bereich einer senkrechten Pedalstellung aufweist. Des Weiteren wird eine Fahrerleistung in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl und der erfassten Trittkraft ermittelt. Die Fahrerleistung kann insbesondere während einer vorgegebenen Zeitspanne oder in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl der Tretachse gemittelt bestimmt werden, beispielsweise wird eine durchschnittliche Fahrerleistung während wenigstens einer vollständigen Umdrehung der Tretachse ermittelt, insbesondere wird die Fahrerleistung über mehrere vollständige Umdrehungen gemittelt. Anschließend wird eine Leistungsabweichung zwischen der ermittelten Fahrerleistung und einem Leistungssollwert bestimmt. Der Leistungssollwert wird vorteilhafterweise durch eine Eingabe des Fahrers erfasst, beispielsweise mittels eines Drehgriffs oder wenigstens eines Tasters, welche jeweils am Lenker des Elektrofahrrads angeordnet sein können. Alternativ oder zusätzlich wird der Leistungssollwert vorteilhafterweise in Abhängigkeit einer aktuellen Geschwindigkeit des Elektrofahrrads und/oder in Abhängigkeit eines erkannten beziehungsweise ermittelten Durchrutschens beziehungsweise Schlupfes eines Hinterrads des Elektrofahrrads und/oder in Abhängigkeit einer aktuellen Steigung der Fahrtstrecke und/oder in Abhängigkeit einer aktuellen Beschleunigung des Elektrofahrrads in Richtung der Hochachse des Elektrofahrrads angepasst beziehungsweise bestimmt. Mit anderen Worten kann es optional vorgesehen sein, dass der Leistungssollwert zeitlich veränderlich ist und/oder an erkannte Fahrsituationen des Elektrofahrrads angepasst wird. Der Elektromotor wird anschließend zur Erzeugung eines Motordrehmoments in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsabweichung gesteuert, wobei bei einer ermittelten Fahrerleistung kleiner (oder gleich) dem Leistungssollwert die erzeugte Motorleistung mit sinkender Fahrerleistung beziehungsweise mit steigender Leistungsabweichung erhöht wird. Mit anderen Worten wird insbesondere nur, wenn die ermittelte Leistungsabweichung negativ ist, das heisst, wenn die Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist, ein Motordrehmoment in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsabweichung erzeugt, wobei das Motordrehmoment bevorzugt mit steigendem Betrag der Leistungsabweichung steigt. Mit wieder anderen Worten wird das erzeugte Motordrehmoment mit abnehmender Fahrerleistung gesteigert, insbesondere wenn die Fahrerleistung kleiner oder gleich dem Leistungssollwert ist. Vorteilhafterweise wird die erzeugte Motorleistung mit steigendem Betrag der ermittelten Leistungsabweichung, insbesondere stetig, erhöht, bevorzugt nur, wenn die ermittelte Leistungsabweichung negativ beziehungsweise die ermittelte Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist. Bei einer ermittelten Fahrerleistung oberhalb des Leistungssollwertes beziehungsweise bei einer ermittelten positiven Leistungsabweichung, das heisst, wenn die Fahrerleistung größer als der Leistungssollwert ist, wird vorteilhafterweise keine Ansteuerung des Elektromotors durchgeführt beziehungsweise kein Motordrehmoment erzeugt. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass bei einer ermittelten Fahrerleistung oberhalb des Leistungssollwertes beziehungsweise bei einer ermittelten positiven Leistungsabweichung, das heisst, wenn die Fahrerleistung größer als der Leistungssollwert ist, beispielsweise eine konstante Ansteuerung des Elektromotors durchgeführt beziehungsweise ein konstantes Motordrehmoment oder ein Motordrehmoment proportional zur einem einstellbaren Unterstützungsfaktor und der erfassten Trittkraft oder einer ermittelten positiven Leistungsabweichung erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird das erzeugte Motordrehmoment durch die Steuerung des Elektromotors so geregelt, dass die resultierende Motorleistung eine ermittelte negative Leistungsabweichung zumindest teilweise kompensiert, wodurch bevorzugt die Gesamtleistung als Summe aus Fahrer- und Motorleistung näherungsweise konstant bleibt. Somit wird der Fahrer bevorzugt bei einer ermittelten Fahrerleistung kleiner dem Leistungssollwert kraftunterstützt, wobei insbesondere eine näherungsweise gleichbleibende Gesamtleistung aus Fahrer- und Motorleistung resultiert. Durch eine erfasste Eingabe des Fahrers zum Leistungssollwert wird vorteilhafterweise die Kraftunterstützung eingestellt. Beispielsweise kann der Fahrer bei einem eingestellten Leistungssollwert deutlich oberhalb der gewünschten Fahrerleistung kontinuierlich durch ein erzeugtes Motordrehmoment kraftunterstützt werden. Solange die Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist, wird beispielsweise das Motordrehmoment, insbesondere bei konstantem eingelegtem Übersetzungsverhältnis, erhöht, wenn ein Betrag der ermittelten Fahrerleistung sinkt, und das Motordrehmoment wird, insbesondere bei konstantem eingelegtem Übersetzungsverhältnis, reduziert, wenn der Betrag der ermittelten Fahrerleistung steigt. Somit wird im Falle eines konstanten aktuell eingelegten Übersetzungsverhältnisses eines schaltbaren Getriebes das Motordrehmoment erhöht, wenn die erfasste Trittkraft des Fahrers bei gleichbleibender Trittfrequenz sinkt, und reduziert, wenn die erfasste Trittkraft des Fahrers bei gleichbleibender Trittfrequenz steigt. Mit anderen Worten wird im Falle eines festen eingelegten Ganges und bei gleichbleibender Trittfrequenz beispielsweise das Motordrehmoment erhöht, wenn das erfasste Fahrerdrehmoment, welches insbesondere über eine oder mehrere Umdrehungen der Tretachse gemittelt bestimmt wird, sinkt, und das Motordrehmoment wird reduziert, wenn das erfasstes Fahrerdrehmoment steigt. Dadurch resultiert ein gegenüber dem bekannten Stand der Technik abweichendes Fahrverhalten, da im Stand der Technik üblicherweise ein Betrag eines erzeugten Motordrehmoments mit steigender Trittkraft des Fahrers auf die Pedale erhöht wird. Vorteilhafterweise wird das Verfahren nach einer erfassten Betätigung einer Bremse des Elektrofahrrads abgebrochen und/oder bei einer erfassten Geschwindigkeit des Elektrofahrrads unterhalb eines Geschwindigkeitsschwellenwertes nicht durchgeführt, so dass eine Kraftunterstützung in manchen Betriebsphasen des Elektrofahrrads vermieden wird. Es kann alternativ oder zusätzlich optional vorgesehen sein, dass nach einem Stillstand des Elektrofahrrads der Leistungssollwert zunächst reduziert und anschließend kurzzeitig bis zu einem gewählten beziehungsweise gewünschten oder vorgegebenen Leistungssollwert gesteigert wird. Vorteilhafterweise wird durch die Erfindung das Elektrofahrrad sehr gleichmäßig und/oder unabhängig von einer Steigung der Fahrtstrecke und/oder einem eingelegten Gang einer Gangschaltung des Elektrofahrrads angetrieben. Des Weiteren wird der Fahrer vorteilhafterweise relativ unabhängig von einer aktuellen Geschwindigkeit des Elektrofahrrads kraftunterstützt. Mit anderen Worten resultiert durch die Erfindung gegenüber den bekannten Steuerungsverfahren des Standes der Technik vorteilhafterweise eine gleichmäßigere Gesamtantriebsleistung des Elektrofahrrads. Dadurch resultiert wiederum ein sehr komfortables Fahrgefühl für den Fahrer. Des Weiteren wird die Steuerung gegenüber dem bekannten Stand der Technik durch den Fahrer in der Regel eher als willkommene Kraftunterstützung in Phasen niedriger aufgebrachter Trittkräfte wahrgenommen. Auch erfolgt die Kraftunterstützung durch das erzeugte Motordrehmoment vorteilhafterweise für den Fahrer sehr intuitiv.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird durch die Steuerung des Elektromotors das Motordrehmoment erzeugt, solange die Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist. Alternativ oder zusätzlich wird kein Motordrehmoment erzeugt, wenn die ermittelte Fahrerleistung größer oder gleich dem Leistungssollwert ist. Dadurch wird vorteilhafterweise die Steuerung angenehmer und es resultiert der Vorteil, dass nur bei geringen Trittkräften eine Kraftunterstützung erzeugt wird. Dadurch können außerdem vorteilhafterweise der elektrische Verbrauch durch Ansteuerung des Elektromotors reduziert beziehungsweise eine Batterie des Elektrofahrrads verkleinert und somit Kosten eingespart werden.
Erfindungsgemäß wird eine Beschleunigung des Elektrofahrrads in Richtung der Längsachse des Elektrofahrrads erfasst. Anschließend erfolgt die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung, wobei die Steuerung das Motordrehmoment zur Einstellung eines Beschleunigungssollwerts regelt, insbesondere, wenn basierend auf der aktuellen Geschwindigkeit und dem Leistungssollwert sowie einem erfassten aktuell eingelegten Übersetzungsverhältnis eines schaltbaren Getriebes beziehungsweise einer Gangschaltung, eine prognostizierte Geschwindigkeitsanpassung des Elektrofahrrads ermittelt wird. Mit anderen Worten wird das Motordrehmoment bei einer ermittelten Fahrerleistung kleiner als dem Leistungssollwert so geregelt, dass in gewünschten beziehungsweise ermittelten Beschleunigungsphasen des Elektrofahrrads eine Abweichung zwischen der erfassten Beschleunigung und dem Beschleunigungssollwert minimiert wird. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung resultiert ein vorgegebenes Fahrverhalten des Elektrofahrrads unabhängig von dem Gewicht des Elektrofahrrads und unabhängig von dem Gewicht des Fahrers und unabhängig von den Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise von einem Gegenwind und/oder einer Steigung einer Fahrtstrecke.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Bremse des Elektrofahrrads in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung aktiviert, wenn die ermittelte Fahrerleistung größer oder gleich dem Leistungssollwert ist. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads vorteilhafterweise dadurch begrenzt, dass eine Fahrerleistung größer dem Leistungssollwert zum Bremseingriff führt. Alternativ oder zusätzlich wird der Elektromotor in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung in einen Generatorbetrieb geschaltet, wenn die ermittelte Fahrerleistung größer oder gleich dem Leistungssollwert ist. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird vorteilhafterweise insbesondere eine positive Leistungsabweichung der Fahrerleistung zum Leistungssollwert als Energie generiert und in einer Batterie des Elektrofahrrads gespeichert, so dass die Reichweite des Elektrofahrrads durch den Fahrer gesteigert werden kann. Das Motordrehmoment wird demnach in dieser Ausgestaltung insbesondere vorteilhafterweise nicht in Abhängigkeit eines Geschwindigkeitsschwellenwert gesteuert, wie häufig im Stand der Technik durchgeführt, um beispielsweise eine gesetzlich vorgegebene Maximalgeschwindigkeit nicht zu überschreiten. Stattdessen wird in dieser Ausgestaltung eine Begrenzung der Geschwindigkeit durch einen Bremseingriff und/oder einen Generatorbetrieb bei einer ermittelten Fahrerleistung oberhalb des Leistungssollwerts erreicht, wobei der Leistungssollwert insbesondere in Abhängigkeit eines aktuell eingelegten Übersetzungsverhältnisses eines schaltbaren Getriebes und/oder einer erfassten Steigung der Fahrtstrecke und/oder einer erfassten Geschwindigkeit des Elektrofahrrads angepasst wird. Dadurch resultiert beispielsweise eine auf der Fahrerleistung basierende und stark vorausschauende Abriegelung der erzeugten Motorleistung zur Vermeidung der Überschreitung einer gesetzlich vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit, welche gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafterweise in einem angenehmeren Fahrgefühl für den Fahrer resultiert.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Herzfrequenz beziehungsweise ein Puls des Fahrers und/oder einer Sauerstoffsättigung im Blutkreislauf des Fahrers erfasst, insbesondere mittels einer Fitnessuhr am Handgelenk des Fahrers und/oder mittels eines Brustgurts, welche jeweils insbesondere per Funkverbindung mit einem Steuergerät des Elektrofahrrads verbunden sind. Anschließend wird der Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung angepasst beziehungsweise ermittelt. Dadurch resultiert der Vorteil, dass beispielsweise bei niedrigem Puls durch Absenkung des Leistungssollwerts eine Kraftunterstützung reduziert werden kann, so dass ein sportlich orientierter Fahrer bei niedriger körperlicher Belastung nicht oder kaum durch das motorisch erzeugte Motordrehmoment und bei hoher körperlicher Belastung erheblich durch das motorisch erzeugte Motordrehmoment unterstützt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung des Elektromotors in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung abgebrochen werden, insbesondere erfolgt ein Abbruch bei einem Puls unterhalb eines Pulsschwellenwertes. Dadurch entsteht für einen sportlich orientierten Fahrer der Vorteil, dass er nur in Fällen einer höheren Belastungssituation kraftunterstützt wird. Alternativ oder zusätzlich wird die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung durchgeführt. Mit anderen Worten wird ein Motordrehmoment in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung erzeugt. Dadurch resultiert der Vorteil, dass zur Kraftunterstützung eines sportlich orientierten Fahrers beispielsweise ein kleineres Motordrehmoment bei niedrigem Puls und ein größeres Motordrehmoment bei einem hohen Puls erzeugt werden kann. Durch diese Ausführung wird der Fahrer basierend auf der aktuellen Belastungssituation angepasst kraftunterstützt. Mit anderen Worten erfolgt eine Erzeugung des Motordrehmoments zur Kraftunterstützung des Fahrers in Abhängigkeit des Belastungsniveaus, welches durch die erfasste Herzfrequenz und/oder die erfasste Sauerstoffsättigung repräsentiert wird. Diese Ausführungen erlauben es auch einem sportlich orientierten Fahrer die Dauer längerer Radtouren unabhängig von seinem aktuellen Fitnesszustand genau zu planen und es resultiert ein an die körperlichen Fähigkeiten des Fahrers angepasstes Unterstützungsverhalten, insbesondere, wenn der Leistungssollwert und/oder das erzeugte Motordrehmoment in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz angepasst wird beziehungsweise werden.
In einer anderen Ausgestaltung wird der Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl der Tretachse angepasst beziehungsweise ermittelt. Durch diese Ausgestaltung kann ein sportlich orientierter Fahrer basierend auf einem aktuellen Gang und/oder einer aktuellen Belastungssituation angepasst kraftunterstützt werden.
Es kann darüber hinaus optional vorgesehen sein, dass eine Ausrichtung des Elektrofahrrads während der Fahrt erfasst wird, insbesondere mittels eines Kompasses. Außerdem wird in dieser Ausführung eine Erfassung einer Windrichtung und einer Windstärke durchgeführt, insbesondere basierend auf einer erfassten aktuellen Positionsinformation zum Elektrofahrrad mittels einer Funkverbindung zu einer Datenbank, in welcher positionsabhängige Wetterinformationen gespeichert sind, wobei die Positionsinformation insbesondere mittels eines Sensors am Elektrofahrrad für ein globales Navigationssatellitensystems erfasst werden. Anschließend wird der Leistungssollwert in Abhängigkeit von der erfassten Ausrichtung, der erfassten Windrichtung und der erfassten Windstärke ermittelt und/oder das Motordrehmoment in Abhängigkeit der erfassten Ausrichtung, der erfassten Windrichtung und der erfassten Windstärke erzeugt. Es resultiert der Vorteil, dass der Fahrer bei Gegenwind stärker kraftunterstützt wird als bei Windstille, beispielsweise durch ein erhöhtes Motordrehmoment bei starkem Gegenwind. Außerdem wird vorteilhafterweise auch eine Rückenwindsituation erkannt und bei der Steuerung des Elektromotors berücksichtigt, wobei bevorzugt das erzeugte Motordrehmoment bei einem erkannten Rückenwind reduziert wird.
In einer optionalen Ausführung wird das erzeugte Motordrehmoment und/oder der Leistungssollwert in Abhängigkeit eines vorgegebenen Trainingsplans angepasst. Der vorgegebene Trainingsplan wird insbesondere von dem Fahrer durch eine erfasste Eingabe ausgewählt. Der vorgegebene Trainingsplan kann beispielsweise ein Intervalltraining vorsehen, wobei der Leistungssollwert nach Ablauf vorgegebener Zeitspannen variiert beziehungsweise angepasst wird, wodurch der Fahrer in manchen Trainingsphasen beziehungsweise Zeitspannen zum Training kaum oder nicht kraftunterstützt und in anderen Trainingsphasen beziehungsweise Zeitspannen zur Erholung sehr stark kraftunterstützt wird. In dieser optionalen Ausführung kann für den Fahrer ein sehr effektives Training zum Aufbau der Muskulatur resultieren.
Des Weiteren kann die Steuerung des Elektromotors optional nur bei einer erfassten Drehzahl der Tretachse größer einem Drehzahlschwellenwert durchgeführt werden, wobei der Drehzahlschwellenwert insbesondere 20 Umdrehungen pro Minute beträgt. Dadurch wird ein Motordrehmoment beispielsweise beim Anfahren des Elektrofahrrads aus dem Stillstand vermieden.
In einer optionalen Weiterführung wird die Steuerung des Elektromotors nur bei einer ermittelten Fahrerleistung größer oder gleich einem Leistungsschwellenwert durchgeführt. In dieser Ausführung wird eine in manchen Betriebssituationen unerwünschte Kraftunterstützung vermieden. Des Weiteren kann durch diese Weiterführung ein sportlich orientierter Fahrer vorteilhafterweise zum Aufbringen des Leistungsschwellenwert als Fahrerleistung beziehungsweise einer minimalen Kadenz und Trittkraft genötigt werden, wenn er eine Kraftunterstützung mittels des Elektromotors erreichen will.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads erfasst und anschließend der Leistungssollwert und/oder der Beschleunigungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit ermittelt beziehungsweise angepasst. Dadurch resultieren die Vorteile, dass ein Fahrverhalten des Elektrofahrrads stark vorgegeben und eine unerwünschte Kraftunterstützung vermieden werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass bei einer erfassten Geschwindigkeit kleiner einem Geschwindigkeitsschwellenwert die Steuerung des Elektromotors nicht durchgeführt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei einer erfassten Geschwindigkeit kleiner dem Geschwindigkeitsschwellenwert die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments in Abhängigkeit der erfassten Trittkraft und eines Assistenzverhältnisses gemäß dem Stand der Technik erfolgt. Das Assistenzverhältnis wird insbesondere durch eine erfasste Eingabe des Fahrers gewählt. Dadurch resultiert der Vorteil, dass die Kraftunterstützung besser auf die jeweilige Betriebssituation abgestimmt werden kann.
In einer anderen Weiterführung wird als zusätzlicher Schritt die Erfassung einer Raddrehzahl am Hinterrad des Elektrofahrrads durchgeführt. Anschließend wird der Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl bestimmt beziehungsweise angepasst. Vorteilhafterweise erfolgt eine Ermittlung beziehungsweise Erkennung eines Schlupfs oder eines Durchrutschens des Hinterrads in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl des Hinterrads des Elektrofahrrads, wobei anschließend der Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl und/oder des ermittelten Schlupfes angepasst wird. Besonderes bevorzugt wird der Leistungssollwert bei ermitteltem beziehungsweise erkanntem Schlupf beziehungsweise Durchrutschen zumindest kurzzeitig reduziert. Dadurch wird vorteilhafterweise zumindest kurzzeitig das Motordrehmoment reduziert und somit die Gesamtleistung des Elektrofahrrads gesenkt, wodurch in vielen Fällen ein weiteres Durchrutschen vermieden oder der Schlupf reduziert und eine Weiterfahrt beziehungsweise ein einfacheres Passieren von Streckenbereichen mit wenig Haftung, beispielsweise matschiger Untergrund oder Untergrund mit losen Kieselsteinen, erreicht werden kann.
In einer Weiterführung wird die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments nur bei erkannten Schlupf des Hinterrads des Elektrofahrrads oder Durchrutschen des Hinterrads des Elektrofahrrads und/oder nach erfasster Eingabe des Nutzers zur Aktivierung des Verfahrens durchgeführt. Dadurch wird die Gesamtleistung in gewünschten Fahrsituationen und/oder bei erkannten Schlupf des Hinterrads oder bei erkanntem Durchrutschen des Hinterrads begrenzt beziehungsweise ein gleichmäßiges Antriebsverhalten bei glattem, naßem, losem oder schlüpfrigen Untergrund oder in gewünschten Fahrsituationen erreicht.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren durchzuführen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Elektrofahrrad mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren.

1: Elektrofahrrad
2: Ablaufdiagramm des Steuerungsverfahrens
3: Verlauf eines Fahrerdrehmoments und eines erzeugten Motordrehmoments

Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Elektrofahrrad 100 schematisch dargestellt. Das Elektrofahrrad 100 weist ein Vorderrad 101 und ein Hinterrad 102 sowie einen Lenker 103 auf. Darüber hinaus umfasst das Elektrofahrrad 100 eine Tretachse 104, welche an beiden Seiten jeweils mittels einer Kurbel 105 mit einem Pedal 106 verbunden ist. Im Bereich der Tretachse 104 ist eine Antriebseinheit 110 mit einem Elektromotor 111 als Antriebsmotor angeordnet. Der Elektromotor 111 ist mittels eines Getriebes mit der Tretachse 104 und einem Abtriebsritzel 107 beziehungsweise Kettenblatt verbunden. Alternativ kann die Antriebseinheit 110 mit dem Elektromotor 111 auch an der Radnabe des Vorderrads 101 oder an der Radnabe des Hinterrads 102 angeordnet sein. Der Elektromotor 111 wird mittels einer Batterie 112 mit Strom beziehungsweise elektrischer Leistung versorgt. Die Antriebseinheit 110 des Elektrofahrrads 100 umfasst ferner ein Steuergerät 113. Das Steuergerät 113 ist dazu eingerichtet, den Elektromotor 111 anzusteuern und ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren durchzuführen. Des Weiteren umfasst das Elektrofahrrad 100, insbesondere die Antriebseinheit 110 des Elektrofahrrads 100, einen Drehmomentsensor 130 zur Erfassung des Fahrerdrehmoments und einen Drehzahlsensor 131 zur Erfassung der Drehzahl der Tretachse 104 beziehungsweise der Kadenz des Fahrers beziehungsweise der Trittfrequenz. Das Elektrofahrrad 100, insbesondere die Antriebseinheit 110, weist einen optionalen Beschleunigungssensor 132, beispielsweise eine inertiale Messeinheit, zur Erfassung einer Beschleunigung a des Elektrofahrrads 100 in Richtung der Längsachse 150 und/oder eines Nickwinkels auf, wobei der Nickwinkel eine Drehung des Elektrofahrrads um eine Querachse des Elektrofahrrads 100 repräsentiert. Außerdem kann das Elektrofahrrad 100 einen Geschwindigkeitssensor aufweisen (nicht dargestellt) und/oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads basierend auf Ortsdaten ermitteln, wobei die Ortsdaten beispielsweise durch Funkcodes eines globalen Navigationssatellitensystem (zum Beispiel: GPS, Galileo, GLONASS, Beidou) mittels einer Antenne bestimmt werden. Das Abtriebsritzel 107 beziehungsweise Kettenblatt ist dazu eingerichtet, mittels eines Verbindungselements 108, beispielsweise einer Kette oder einem Riemen, die auf die Pedale aufgebrachten Trittkräfte des Fahrers beziehungsweise ein Fahrerdrehmoment und ein mittels des Elektromotors 111 erzeugtes Motordrehmoment auf das Hinterrad 102 zu übertragen. Dazu ist das Verbindungselement 108 mit der Radnabe des Hinterrads 102 verbunden. An der Radnabe des Hinterrads 102 ist eine optionale Gangschaltung beziehungsweise ein schaltbares Getriebe 120 angeordnet, welches beispielsweise drei bis dreizehn unterschiedliche schaltbare Übersetzungsverhältnisse aufweist. Das schaltbare Getriebe 120 ist demnach in diesem Ausführungsbespiel als Nabenschaltung ausgeführt. Das schaltbare Getriebe 120 ist in einer einfachen Ausführungsform vorteilhafterweise dazu eingerichtet, durch eine Eingabe des Fahrers mittels eines Gangschalthebels beziehungsweise mittels eines Gangwechsel-Tasters geschaltet zu werden. Das Elektrofahrrad weist vorteilhafterweise eine aktivierbare beziehungsweise ansteuerbare Bremse 160 auf. Beispielsweise kann die Bremse mittels eines elektrischen oder hydraulischen Aktuators angesteuert werden. Des Weiteren weist das Elektrofahrrad 100 optional eine Anzeigevorrichtung 140 beziehungsweise ein HMI beziehungsweise ein Display auf. Die Anzeigevorrichtung 140 ist dazu eingerichtet, dem Fahrer des Elektrofahrrads Informationen anzuzeigen. Die Anzeigevorrichtung 140 weist außerdem ein Eingabemittel, beispielsweise einen Touchscreen, auf, wobei das Eingabemittel dazu eingerichtet ist, Eingaben des Fahrers zu erfassen.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm des Steuerungsverfahrens als Blockschaltbild schematisch dargestellt. Im Schritt 210 wird eine Drehzahl K der Tretachse 104 erfasst beziehungsweise ermittelt, vorteilhafterweise mittels eines Drehzahlsensors 131 und/oder mittels eines Drehmomentsensors 130. Des Weiteren wird, insbesondere gleichzeitig, eine Erfassung 220 einer durch den Fahrer auf die Pedale aufgebrachten Trittkraft beziehungsweise des Fahrerdrehmoments FM durchgeführt, wobei die Trittkraft insbesondere als Fahrerdrehmoment FM mittels des Drehmomentsensors 130 erfasst wird. In einem optionalen Schritt 230 wird eine aktuelle Beschleunigung des Elektrofahrrads 100 in Richtung der Längsachse 150 des Elektrofahrrads 100 erfasst, insbesondere mittels des Beschleunigungssensors 132. Es kann in einem optionalen Schritt 231 vorgesehen sein, einen Nickwinkel des Elektrofahrrads um die Querachse des Elektrofahrrads 100 zu erfassen, insbesondere mittels der inertialen Messeinheit. Optional kann ferner im Schritt 240 eine Erfassung einer Herzfrequenz des Fahrers und/oder einer Sauerstoffsättigung im Blutkreislauf des Fahrers vorgesehen sein. Die Herzfrequenz wird beispielsweise mittels eines Brustgurts und/oder einer Fitnessarmbanduhr am Handgelenk des Fahrers erfasst, wobei die Fitnessarmbanduhr einen Pulssensor umfasst. Darüber hinaus werden optional im Schritt 250 eine Ausrichtung des Elektrofahrrads 100 während der Fahrt und im optionalen Schritt 251 eine Windrichtung und einer Windstärke erfasst, die Ausrichtung des Elektrofahrrads 100 kann beispielsweise mittels eines Kompasses erfasst und die Windrichtung und Windstärke mittels einer Funkverbindung zu einer Datenbank eines Wetterdienstes abgerufen werden. Im weiteren optionalen Schritt wird eine Erfassung 255 einer Geschwindigkeit v des Elektrofahrrads 100 durchgeführt. Es kann darüber hinaus in einem Schritt 256 vorgesehen sein, dass eine Raddrehzahl am Hinterrad 102 des Elektrofahrrads erfasst wird (nicht in 2 dargestellt). Anschließend wird im Schritt 260 eine aktuelle Fahrerleistung PF in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl K und der erfassten Trittkraft FM ermittelt. Die Ermittlung 260 erfolgt insbesondere gemäß Gleichung (2) und gemittelt über wenigstens eine Umdrehung der Tretachse 104. Außerdem wird im optionalen Schritt 270 ein Leistungssollwert PSoll erfasst beziehungsweise ermittelt. Der Leistungssollwert PSoll kann im optionalen Schritt 270 durch eine Eingabe des Fahrers, beispielsweise mittels des Eingabemittels oder mittels eines Drehlenkergriffs am Lenker 103, erfasst werden. Alternativ wird der Leistungssollwerts PSoll in Abhängigkeit der erfassten Windrichtung und der erfassten Windstärke bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung bestimmt werden. Die optionale Bestimmung 270 des Leistungssollwert erfolgt alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl der Tretachse. Es kann im Schritt 270 bei der Bestimmung des Leistungssollwerts vorgesehen sein, den Leistungssollwert in Abhängigkeit eines vorgegebenen Trainingsplans anzupassen, wobei eine Eingabe zur Auswahl des zum Trainingsplans vorteilhafterweise mittels des Eingabemittels an der Anzeigevorrichtung 140 erfasst wird. Die Bestimmung 270 des Leistungssollwerts kann des Weiteren in Abhängigkeit der im Schritt 255 erfassten Geschwindigkeit erfolgen. Es kann im Schritt 270 vorgesehen sein, den Leistungssollwert PSoll in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl anzupassen beziehungsweise zu bestimmen, wobei der Leistungssollwert PSoll insbesondere bei einem in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl erkannten Schlupf oder erkannten Durchrutschens des Hinterrads 102 des Elektrofahrrads abgesenkt wird. Zusätzlich kann in einem weiteren optionalen und nicht dargestellten Schritt ein Beschleunigungssollwert asoll erfasst oder beispielsweise in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit v ermittelt werden. Erfindungsgemäß ist der Beschleunigungssollwert vorgegeben. Anschließend wird im Schritt 280 eine Leistungsabweichung ΔP zwischen der ermittelten Fahrerleistung PF und dem Leistungssollwert PSoll ermittelt, beispielsweise gemäß Gleichung (3). $Δ P = PF - PSoll$
Basierend auf der ermittelten Leistungsabweichung ΔP erfolgt im Schritt 290 eine Steuerung des Elektromotors 111 zur Erzeugung eines Motordrehmoments. Das durch die Steuerung im Schritt 290 erzeugte Motordrehmoment M kann vorteilhafte weitere Abhängigkeiten aufweisen, wobei der Betrag der mittels des Elektromotors 111 erzeugten Motorleistung PM, insbesondere des Motordrehmoments M, erhöht wird, wenn ein Betrag der aktuell ermittelten Fahrerleistung PF gegenüber dem Betrag der Fahrerleistung zu unmittelbar vergangenen Zeitpunkten sinkt, insbesondere solange die Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist. Der Betrag der erzeugten Motorleistung PM, insbesondere des Motordrehmoments M, wird dagegen durch die Steuerung im Schritt 290 mit steigender Fahrerleistung erniedrigt, solange die Fahrerleistung kleiner als der Leistungssollwert ist, das heißt, wenn ein Betrag der aktuell ermittelten Fahrerleistung PF unterhalb des Leistungssollwerts gegenüber dem Betrag der Fahrerleistung PF zu vergangenen Zeitpunkten steigt. Mit anderen Worten wird in dem Verfahrensschritt 290 vorteilhafterweise eine Motorleistung PM gesteigert, wenn für eine ermittelte Fahrerleistung PF unterhalb des Leistungssollwerts PSoll die ermittelte Fahrerleistung PF abfällt und umgekehrt. Das heißt eine fallende Fahrerleistung PF wird durch eine zunehmende Motorleistung, insbesondere ein zunehmendes Motordrehmoment M, zumindest teilweise kompensiert oder sogar ausgeglichen. Bevorzugt wird im Schritt 290 das Motordrehmoment M ferner mittels des Elektromotors 111 erzeugt, solange die ermittelte Fahrerleistung PF kleiner als oder gleich dem Leistungssollwert PSoll ist. Dagegen wird bevorzugt kein Motordrehmoment M erzeugt, wenn die ermittelte Fahrerleistung PF größer oder gleich dem Leistungssollwert ist. Die Erzeugung des Motordrehmoments durch den Schritt 290 wird beispielsweise gemäß Gleichung (4) durchgeführt, wobei beispielsweise ein Faktor β vorgesehen ist. $M = β * | Δ P | f \ddot{u} r Δ P \leq 0 und M = 0 f \ddot{u} r Δ P > 0$
Alternativ oder zusätzlich wird die Steuerung 290 des Elektromotors nur bei einer erfassten Drehzahl K der Tretachse größer einem Drehzahlschwellenwert durchgeführt, wobei der Drehzahlschwellenwert insbesondere 20 Umdrehungen pro Minute beträgt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt keine Steuerung 290 des Elektromotors, wenn die erfasste Geschwindigkeit des Elektrofahrrads kleiner oder gleich einem Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Durch diese Ausgestaltungen wird ein sehr großes Motordrehmoment beispielsweise beim Anfahren des Elektrofahrrads aus dem Stillstand oder beim Abbremsen in den Stillstand vermieden, obwohl in diesen Situationen typischerweise eine niedrige Trittfrequenz des Fahrers beziehungsweise Drehzahl K der Tretachse und/oder eine niedrige Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 100 resultiert. Die Steuerung 290 des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments wird optional zusätzlich in Abhängigkeit des erfassten Nickwinkels durchgeführt, wobei mit zunehmenden Nickwinkel vorteilhafterweise das im Schritt 290 erzeugte Motordrehmoment erhöht wird. Die Steuerung 290 des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments kann optional zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung a zur Erreichung des Beschleunigungssollwert asoll geregelt werden, insbesondere, wenn Beschleunigungs- oder Abbremsphasen des Elektrofahrrads 100 erkannt werden. Die Erkennung einer der Beschleunigungs- oder Abbremsphase kann beispielsweise in Abhängigkeit eines Verlaufs der erfassten Beschleunigung a und/oder in Abhängigkeit eines Verlaufs der erfassten Trittkraft beziehungsweise des erfassten Fahrerdrehmoments FM und/oder in Abhängigkeit einer erfassten Aktivierung einer Bremse 160 erfolgen. Die Steuerung 290 des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung a kann durch eine Abhängigkeit des Faktors β in Gleichung (4) von der Beschleunigung a erreicht werden. Das durch die Steuerung des Elektromotors erzeugte Motordrehmoment wird vorteilhafterweise des Weiteren optional in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz des Fahrers und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung des Fahrers angepasst. Dadurch kann das Motordrehmoment M an das aktuelle Belastungsniveau des Fahrers angepasst werden, so dass der Fahrer beispielsweise bei einer hohen körperlichen Belastung stark und bei einer niedrigen körperlichen Belastung kaum oder gar nicht durch ein erzeugtes Motordrehmoment M kraftunterstützt wird. Dies kann beispielsweise durch einen Faktor β in Gleichung (4) erreicht werden, welcher abhängig von der erfassten Herzfrequenz des Fahrers und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung ist. Die Erzeugung beziehungsweise Steuerung 290 des Motordrehmoments wird optional zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Ausrichtung des Elektrofahrrads und der erfassten Windrichtung und der erfassten Windstärke angepasst. Somit kann das erzeugte Motordrehmoment M beziehungsweise die Motorleistung PM beispielsweise an Rückenwind- und/oder Gegenwindsituationen angepasst werden. Für sportliche Fahrer bzw. Anwendungen kann ferner eine Anpassung des erzeugten Motordrehmoments M im Schritt 290 in Abhängigkeit des vorgegebenen Trainingsplans erfolgen. Beispielsweise wird ein Motordrehmoment M nur während vorgegebener Erholungszeitspannen erzeugt. Zwischen Erholungszeitspannen ist eine Trainingsphase ohne erzeugtes Motordrehmoment vorgesehen. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Steuerung 290 zur Erzeugung des Motordrehmoments nur bei erkannten Schlupf oder Durchrutschen des Hinterrads des Elektrofahrrads und/oder nach erfasster Eingabe des Nutzers zur Aktivierung des Verfahrens durchgeführt wird. In einem optionalen weiteren Schritt 295 wird eine Bremse des Elektrofahrrads in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung aktiviert. Darüber hinaus kann im optionalen Schritt 296 alternativ oder zusätzlich zum Schritt 295 der Elektromotor in einen Generatorbetrieb geschaltet werden. Die Schaltung 296 des Elektromotors in den Generatorbetrieb erfolgt in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung, insbesondere wenn die ermittelte Fahrerleistung oberhalb des Leistungssollwerts liegt.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Verlauf eines von dem Fahrer auf die Pedale aufgebrachten Fahrerdrehmoments und eines mittels des Elektromotors erzeugten Motordrehmoments während einer Fahrt des Elektrofahrrads auf einer ebenen Strecke schematisch dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich das Elektrofahrrad noch im Stillstand. Anschließend wird das Elektrofahrrad durch das auf die Pedale aufgebrachte und, beispielsweise mittels des Drehmomentsensors, erfasste Fahrerdrehmoment aus dem Stillstand beschleunigt. In dieser Startphase, in welcher noch keine erfindungsgemäße Steuerung erfolgt, sind die Trittkräfte des Fahrers beziehungsweise das Fahrerdrehmoment 301 typischerweise relativ hoch und die Trittfrequenz des Fahrers (nicht dargestellt) relativ niedrig. Bis zum Zeitpunkt t1 ist die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads allerdings kleiner oder gleich dem Geschwindigkeitsschwellenwert, so dass die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments noch nicht durchgeführt wird. Nach dem Zeitpunkt t1, zu welchem die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads den Geschwindigkeitsschwellenwert erreicht, wird der Elektromotor angesteuert, wobei das Elektrofahrrad durch das Fahrerdrehmoment und ein erzeugtes Motordrehmoment beschleunigt wird. Das Fahrerdrehmoment FM nimmt vom Betrag 301 zum Zeitpunkt t0 kontinuierlich ab, wobei zum Zeitpunkt t2 der Betrag 320 erreicht und die Trittfrequenz typischerweise gleichzeitig gesteigert wird. Das erzeugte Motordrehmoment nimmt in dieser Phase schnell zu, beispielsweise von null zum Zeitpunkt t1 auf auf den Betrag 340 zum Zeitpunkt t2. Bis zu diesem Zeitpunkt t2 kann von einer Einlaufphase des Verfahrens beziehungsweise einer Verzögerungsphase gesprochen werden: Der Verlauf des erzeugten Motordrehmoments ist bis zum Zeitpunkt t2 noch nicht erfindungsgemäß. Nach dem Zeitpunkt t2 erfolgt die erfindungsgemäße Steuerung des Elektromotors, wobei der Fahrer beispielsweise einen Leistungssollwert PSoll gewählt hat, welcher während des in 3 dargestellten Verlaufs oberhalb der Fahrerleistung PF liegt. Typischerweise sind die Trittfrequenz beziehungsweise die Drehzahl der Tretachse und die Drehzahl des Elektromotors aneinander gekoppelt, wobei zwischen beiden ein festes internes Übersetzungsverhältnis der Antriebseinheit 110 vorliegt. Vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 wird ein Betrag 340 des Motordrehmoments M basierend auf einer bestimmten Abweichung der ermittelten Fahrerleistung PF zu dem Leistungssollwert PSoll erzeugt. Die Fahrerleistung PF wird in Abhängigkeit des erfassten Fahrerdrehmoment FM und der erfassten aktuellen Trittfrequenz (nicht dargestellt) ermittelt. Zur Ermittlung der Fahrerleistung PF wird vorteilhafterweise das erfasste Fahrerdrehmoment M sowie die erfasste Trittfrequenz K während einer Zeitspanne von wenigstens einer Umdrehung der Tretachse 104 gemittelt und anschließend das gemittelte Fahrerdrehmoment M und die gemittelte Trittfrequenz K multipliziert. Zum Zeitpunkt t3 wird ein Übersetzungsverhältnis des schaltbaren Getriebes 120 in einen höheren Gang geschaltet beziehungsweise ein Übersetzungsverhältnis des schaltbaren Getriebes 120 zwischen der Antriebseinheit 110 und dem Hinterrad 102 hochgeschaltet. Durch das Schalten des Übersetzungsverhältnisses in einen höheren Gang erhöht sich der Betrag des (gemittelten) Fahrerdrehmoments FM zum Zeitpunkt t4 gegenüber dem Zeitpunkt t3 vor dem Schalten. Da die Trittfrequenz K nach dem Schalten des Übersetzungsverhältnisses gegenüber dem Zeitpunkt t3 entsprechend reduziert ist, bleibt die erzeugte Fahrerleistung typischerweise annähernd konstant, so dass die ermittelte Leistungsabweichung zwischen der ermittelten Fahrerleistung und dem Leistungssollwert ebenfalls im Zeitraum zwischen t2 und t5 gleichbleibt. Demgemäß wird vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5, das heißt auch zum Zeitpunkt t3 und t4, ein Motordrehmoment mit einem näherungsweise konstanten Betrag 340 erzeugt. Die Zeitspanne 310 zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses wird vorteilhafterweise nicht zur Berechnung der Fahrerleistung PF berücksichtigt. Vom Zeitpunkt t4 an basiert das gezeigte Diagramm aus 3 auf einem gleichbleibenden Übersetzungsverhältnis. Zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt t6 liegt eine abnehmende ermittelte Fahrerleistung vor, wobei diese visualisiert wird durch den sinkenden Betrag des erfassten Fahrerdrehmoments, wobei ein nicht dargestellter gleichbleibender oder reduzierter Betrag der erfassten Trittfrequenz K vorliegt. Dadurch wird ab dem Zeitpunkt t5 eine höhere Leistungsabweichung ΔP ermittelt und folglich vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6 der Betrag des erzeugten Motordrehmoments gemäß Gleichung (4) vom Betrag 340 auf den Betrag 350 erhöht. Die gesunkene Fahrerleistung PF wird also zwischen dem Zeitpunkt t5 beziehungsweise t6 und dem Zeitpunkt t7 durch eine erhöhte Motorleistung PM zumindest teilweise kompensiert, vorzugsweise vollständig kompensiert beziehungsweise ausgeglichen. Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise der Elektromotor so geregelt, dass die Summe aus Motorleistung und Fahrerleistung konstant bleibt. Ab dem Zeitpunkt t7 erhöht der Fahrer die aufgebrachte Fahrerleistung bis zum Zeitpunkt t8, visualisiert durch ein bis zum Zeitpunkt t8 zunehmendes erfasstes Fahrerdrehmoment FM bei beispielsweise gleichbleibender oder zunehmender erfasster Trittfrequenz. Dadurch resultiert eine abnehmende ermittelte Leistungsabweichung zwischen der ermittelten Fahrerleistung PF und dem Leistungssollwert PSoll. Anschließend wird die Steuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Motordrehmoments derart durchgeführt, dass ab dem Zeitpunkt t7 eine bis zum Zeitpunkt t8 abnehmende Motorleistung resultiert. Die abnehmende Motorleistung ist in 3 durch den ab dem Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8 abnehmenden Betrag des Motordrehmoments dargestellt. Bei einer ermittelten Fahrerleistung oberhalb des Leistungssollwertes wird vorteilhafterweise kein Motordrehmoment zur Kraftunterstützung des Fahrers erzeugt (nicht dargestellt in 3).

Claims

Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrrad (100) mit einem Elektromotor (111) als Antriebsmotor, umfassend die folgenden Schritte • Erfassung (210) einer Drehzahl (K) einer Tretachse (104), • Erfassung (220) einer durch den Fahrer auf Pedale (106) aufgebrachten Trittkraft (FM), • Erfassung (230) einer Beschleunigung (a) des Elektrofahrrads (100) in Richtung einer Längsachse (150) des Elektrofahrrads (100), • Ermittlung (260) einer Fahrerleistung (PF) in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl (K) und der erfassten Trittkraft (FM), • Ermittlung (280) einer Leistungsabweichung (ΔP) zwischen der ermittelten Fahrerleistung (PF) und einem Leistungssollwert (PSoll), und • Steuerung (290) des Elektromotors (111) zur Erzeugung eines Motordrehmoments (M) in Abhängigkeit der ermittelten Leistungsabweichung (ΔP), wobei bei einer ermittelten Fahrerleistung (PF) kleiner dem Leistungssollwert (PSoll) eine erzeugte Motorleistung (PM) mit steigender Leistungsabweichung (ΔP) erhöht wird • Steuerung (290) des Elektromotors (111) zur Erzeugung eines Motordrehmoments (M) zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung (a), wobei die Steuerung (290) das Motordrehmoment (M) zur Einstellung eines Beschleunigungssollwerts (asoll) regelt, dadurch gekennzeichnet, dass • der Beschleunigungssollwert (asoll) ein derart vorgegebener Wert ist, dass das Elektrofahrrad (100) ein vorgegebenes Fahrverhalten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch die Steuerung des Elektromotors • das Motordrehmoment (M) erzeugt wird, solange die Fahrerleistung (PF) kleiner als der Leistungssollwert (PSoll) ist, und/oder • kein Motordrehmoment (M) erzeugt wird, wenn die ermittelte Fahrerleistung (PF) größer oder gleich dem Leistungssollwert (PSoll) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgende Schritte durchgeführt werden, wenn die ermittelte Fahrerleistung (PF) größer oder gleich dem Leistungssollwert (PSoll) ist, • Aktivierung (295) einer Bremse (160) des Elektrofahrrads (100) in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung (PF), und/oder • Schalten (296) des Elektromotors (111) in einen Generatorbetrieb in Abhängigkeit der ermittelten Fahrerleistung (PF).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgende Schritte durchgeführt werden • Erfassung (240) einer Herzfrequenz des Fahrers und/oder einer Sauerstoffsättigung im Blutkreislauf des Fahrers, und • Bestimmung (270) des Leistungssollwerts (PSoll) in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung, und/oder • Abbruch der Steuerung (290) des Elektromotors (111) in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung, und/oder • Erzeugung des Motordrehmoments durch die Steuerung (290) zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Herzfrequenz und/oder der erfassten Sauerstoffsättigung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgender Schritt durchgeführt wird • Bestimmung (270) des Leistungssollwert in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl der Tretachse.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgende Schritte durchgeführt wird • Erfassung (250) einer Ausrichtung des Elektrofahrrads (100) während der Fahrt, • Erfassung (251) einer Windrichtung und einer Windstärke, und • Bestimmung (270) des Leistungssollwerts in Abhängigkeit von der erfassten Ausrichtung des Elektrofahrrads (100), von der erfassten Windrichtung und von der erfassten Windstärke, und/oder • Erzeugung des Motordrehmoments (M) durch die Steuerung (290) zusätzlich in Abhängigkeit von der erfassten Ausrichtung des Elektrofahrrads, von der erfassten Windrichtung und von der erfassten Windstärke.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgender Schritt durchgeführt wird • Anpassung (270) des Leistungssollwerts und/oder des erzeugten Motordrehmoments (M) durch die Steuerung (290) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Trainingsplans.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (290) des Elektromotors nur bei einer erfassten Drehzahl (K) der Tretachse (104) größer einem Drehzahlschwellenwert erfolgt, wobei der Drehzahlschwellenwert insbesondere 20 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (290) des Elektromotors (111) nur bei einer ermittelten Fahrerleistung (PF) größer oder gleich einem Leistungsschwellenwert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgende Schritte durchgeführt werden • Erfassung (255) einer Geschwindigkeit (v) des Elektrofahrrads (100), und • Bestimmung (270) des Leistungssollwerts (PSoll) und/oder des Beschleunigungssollwerts (asoll) in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit (v).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei folgende Schritte durchgeführt werden • Erfassung einer Raddrehzahl am Hinterrad (102) des Elektrofahrrads (100), und • Bestimmung des Leistungssollwerts (PSoll) in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl, wobei der Leistungssollwert (PSoll) insbesondere bei einem in Abhängigkeit der erfassten Raddrehzahl erkannten Schlupf oder erkannten Durchrutschens des Hinterrads (102) des Elektrofahrrads abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (290) des Elektromotors (111) zur Erzeugung eines Motordrehmoments (M) nur bei erkanntem Schlupf oder Durchrutschen des Hinterrads (102) und/oder nach erfasster Eingabe des Nutzers zur Aktivierung des Verfahrens durchgeführt wird.
Steuergerät (113), wobei das Steuergerät (113) dazu eingerichtet ist, ein Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
Elektrofahrrad (100) mit einem Steuergerät (113) nach Anspruch 13.