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Die Erfindung betrifft eine Kontrolleinrichtung für eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem eine Antriebsanordnung mit dieser Kontrolleinrichtung, ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Kontrolleinrichtung.
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Bei muskelbetriebenen Fahrzeugen werden oftmals Elektromotoren zur Unterstützung oder zur temporären Substitution des von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten Drehmoments verwendet. Üblicherweise wird das von dem Fahrer des Fahrzeugs eingeleitete Drehmoment über eine mechanische Verbindung, wie zum Beispiel ein Zugmittel, insbesondere eine Kette, als Antriebsmoment genutzt. Das Drehmoment des Elektromotors wird auf das eingeleitete Drehmoment aufaddiert oder ersetzt dieses zumindest zeitweise.
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Ein alternatives Antriebskonzept zeigt die Druckschrift
DE 59709997 D1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Hierin wird ein Fahrrad mit einer Generatoreinrichtung und einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, wobei über die Generatoreinrichtung elektrische Energie erzeugt wird, welche wahlweise in einer Batterie oder in die Antriebseinrichtungen zur Umsetzung in kinetische Energie weitergeleitet wird. Eine mechanische Verbindung zwischen der Generatoreinrichtung und der Antriebseinrichtung zur Übertragung der mechanischen Energie an die Antriebseinrichtung existiert allerdings nicht.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kontrolleinrichtung für eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche eine komfortable Nutzung der Antriebsanordnung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kontrolleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Kontrolleinrichtung, welche für eine Antriebsanordnung eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Kontrolleinrichtung ist beispielsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Computer, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller etc. ausgebildet.
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Das Fahrzeug kann insbesondere ausschließlich mit elektrischem Antrieb angetrieben werden. Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Fahrrad, z.B. als ein Lastenfahrrad ausgebildet. Beispielsweise ist das Fahrzeug als ein einspuriges oder mehrspuriges Fahrzeug ausgebildet. Optional ist das Fahrzeug als ein niederfluriges Fahrzeug ausgebildet. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ausgebildet. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein Elektrokleinfahrzeug oder Elektrokleinstfahrzeug oder als ein Elektromobil ausgebildet. Insbesondere sind darunter Fahrzeuge mit oder ohne Sitz oder selbstbalancierende Fahrzeuge mit oder ohne Sitz zu verstehen.
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Mit zwei oder mehr Rädern ist das Fahrzeug bevorzugt als ein Fahrrad, insbesondere als ein Elektrofahrrad, z.B. als ein Pedelec oder als ein E-Bike, ausgebildet. Das Fahrzeug kann alternativ als ein mehrspuriges Fahrrad, insbesondere mit drei oder mehr Rädern ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein Transport- oder Lastenrad, insbesondere ein motorisiertes bzw. elektrisch angetriebenes Transport- oder Lastenrad, im Speziellen ein Dreirad- oder Vierrad-Pedelec oder eine Rikscha, insbesondere mit oder ohne Dach, oder ein Kabinenroller sein.
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Die Antriebsanordnung weist ein Antriebsmodul auf. Das Antriebsmodul dient zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments. Das Antriebsmodul umfasst vorzugsweise mindestens einen Elektromotor, welcher elektrische Energie in ein elektrisches Antriebsmoment wandelt. Dabei ist das Antriebsmodul, insbesondere der Elektromotor, mit mindestens oder genau einem Antriebsrad des Fahrzeugs als angetriebenes Rad antriebstechnisch verbindbar und/oder verbunden. Prinzipiell ist das Antriebsmodul als ein Radnabenantrieb ausgebildet, welcher in das Antriebsrad des Fahrzeugs integriert ist. Alternativ kann das Antriebsmodul jedoch auch außerhalb des Antriebsrades angeordnet und/oder als zentraler Antriebsmotor für ein oder mehrere Antriebsräder dienen. Grundsätzlich ist das Antriebsrad als ein Hinterrad des Fahrzeugs ausgebildet. Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Die Antriebsanordnung weist ein Generatormodul auf, welches zur Erzeugung elektrischer Energie für das Antriebsmodul ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Generatormodul ist insbesondere separat zu dem Antriebsmodul ausgebildet. Das Generatormodul weist hierzu einen Generator auf, der durch einen Fahrer per Tretkraft antreibbar ist. Insbesondere erzeugt der Generator eine elektrische Energie, welche aus der am Generator aufgebrachten Drehmomenten und Drehzahlen resultiert. Vorzugsweise kann der Fahrer die Größe der elektrischen Energie in Abhängigkeit der Tretkraft bzw. Trittfrequenz variieren. Besonders bevorzugt ist der Generator nicht zur Umsetzung eines Betriebs als Antriebsmotor ausgebildet und/oder kann ausschließlich in einem Generatorbetrieb laufen. Alternativ kann der Generator elektromotorisch betrieben werden, um z.B. die Kurbeln in eine bestimmte Position zu bringen.
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Das Generatormodul weist eine Tretkurbelwelle auf, welche zur Übertragung eines mechanischen Antriebsmoments von dem Fahrer auf den Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind an der Tretkurbelwelle endseitig jeweils eine Tretkurbel, im Speziellen mit Pedalen, angeordnet, über welche das mechanische Antriebsmoment von dem Fahrer in die Tretkurbelwelle eingeleitet wird. Insbesondere ist die Tretkurbelwelle drehbar in dem Generatormodul gelagert. Bevorzugt definiert die Tretkurbelwelle mit ihrer Rotationsachse eine Hauptdrehachse des Generatormoduls. Die Tretkurbelwelle verläuft bevorzugt durchgängig von einer Tretkurbel zu der anderen Tretkurbel.
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Das Antriebsmodul und das Generatormodul sind mechanisch, insbesondere mechanisch antriebstechnisch, voneinander getrennt und/oder entkoppelt. Die Übertragung von Energie zwischen der Tretkurbelwelle und/oder dem Generatormodul zu dem Antriebsmodul erfolgt ausschließlich elektrisch. Die Antriebsanordnung kann somit auch als kettenlos bezeichnet werden.
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Die Kontrolleinrichtung ist programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch eingerichtet, zwei Signalpfade umzusetzen. Die Signalpfade werden insbesondere in einem Grundmodul der Kontrolleinrichtung umgesetzt:
- Bei einem ersten Signalpfad wird auf Basis von einem IST-Drehmoment des mechanischen Antriebsmoments, welches insbesondere in oder an dem Generatormodul gemessen wird und/oder über das Generatormodul eingeleitet wird, oder alternativ auf Basis von einer IST-Drehzahl und einer SOLL-Drehzahl der Antriebsdrehzahl, insbesondere auf Basis auf Basis einer Differenz aus SOLL- und IST-Drehzahl, insbesondere über ein Drehzahlkontrollglied, im Speziellen ein Drehzahlregelglied und/oder Drehzahlsteuerglied ein SOLL-Drehmoment für das Antriebsmodul gebildet. Das SOLL-Drehmoment wird dem Antriebsmodul zugeleitet. Das SOLL-Drehmoment ist die Führungsgröße für das elektrische Antriebsmoment, welches das Antriebsmodul an das angetriebene Rad abgibt. Bei dem IST-Drehmoment, der IST-Drehzahl, der SOLL-Drehzahl und dem SOLL-Drehmoment können auch normierte Grüßen oder äquivalente Größe verwendet werden.
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Insbesondere wird das Generatormodul drehzahlgeregelt. Vorzugsweise wird das Antriebsmodul auf Basis der IST-Drehzahl und der SOLL-Drehzahl als Führungsgrößen drehmomentgeregelt. Insbesondere weist die Kontrolleinrichtung keine Drehmomentmessung in dem Generatormodul auf.
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Das SOLL-Drehmoment wird unter Berücksichtigung eines Übersetzungsfaktors und eines Unterstützungsfaktors gebildet. Der Übersetzungsfaktor entspricht einer insbesondere virtuellen Übersetzung zwischen der Drehzahl der Tretkurbelwelle und der Drehzahl des angetriebenen Rads. Der Unterstützungsfaktor gibt an, wie stark das Antriebsmodul die vom Generatormodul auf Basis der IST- und der SOLL-Drehzahl vorgegebene Drehmomentanforderung und/oder das IST-Drehmoment verstärken oder abschwächen soll, um damit indirekt bzw. das vom Fahrer eingeleitete mechanische Antriebsmoment zu verstärken. In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung werden die Drehmomentanforderung bzw. das IST-Drehmoment, der Übersetzungsfaktor und der Unterstützungsfaktor miteinander multipliziert.
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Auf einem zweiten Signalpfad wird auf Basis von der IST-Drehzahl, welche über das Antriebsmodul umgesetzt wird und welche beispielsweise der Drehzahl des angetriebenen Rads entspricht, die SOLL-Drehzahl für das Generatormodul gebildet.
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Diese SOLL-Drehzahl ist als Führungsgröße für die Drehzahl der Tretkurbelwelle. Die SOLL-Drehzahl wird unter Berücksichtigung des Übersetzungsfaktors gebildet. In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung wird die IST-Drehzahl durch den Übersetzungsfaktor geteilt, um die SOLL-Drehzahl zu erhalten.
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Die SOLL-Drehzahl wird bei dem Generatormodul beispielsweise durch eine Kontrolle, insbesondere Steuerung oder Regelung, des Gegenmoments gegen das mechanische Antriebsmoment umgesetzt. Unter einem Gegenmoment, insbesondere Lastmoment, wird das Moment bezeichnet, welche das Generatormodul dem Fahrer des Fahrzeugs entgegensetzt. Insbesondere wird eine Last in dem Generatormodul variiert, um das Gegenmoment zu steuern. Der Fahrer des Fahrzeugs empfindet das Tretgefühl als „schwerer“ oder „leichter“ in Abhängigkeit des angesteuerten Gegenmoments. Das Gegenmoment kann beispielsweise durch eine Änderung eines mechanischen Übersetzungsverhältnisses zwischen Tretkurbelwelle und Generator in dem Generatormodul, durch eine Ansteuerung des Generators oder durch eine Ansteuerung einer Ladeelektronik für ein Energiespeichermodul, wobei zur Erhöhung des Gegenmoments der Ladestrom erhöht und zur Erniedrigung des Gegenmoments der Ladestrom erniedrigt wird, umgesetzt werden.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kontrolleinrichtung ein Automatikmodul aufweist, wobei das Automatikmodul ausgebildet ist, auf Basis einer vorgebbaren Kadenzdrehzahl unter Berücksichtigung der IST-Drehzahl den Übersetzungsfaktor zu bestimmen. Der Übersetzungsfaktor wird insbesondere aus dem Quotienten von Kadenzdrehzahl und IST-Drehzahl gebildet.
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Die Kadenzdrehzahl entspricht der gewünschten Kadenz, insbesondere Pedalierdrehzahl, die der Fahrer frei wählen kann. Bei mechanischen Fahrrädern wird die Kadenz beispielsweise über die Gangschaltung ausgewählt. Bei der Kontrolleinrichtung kann die Kadenzdrehzahl vorgegeben werden und entspricht einer Drehzahl, insbesondere einer SOLL-Drehzahl an der Tretkurbelwelle.
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Bevorzugt ist zudem ein Unterstützungslevel von dem Fahrer vorgebbar, wobei aus dem Unterstützungslevel insbesondere in einem Verstärkungsmodul der Unterstützungsfaktor ableitbar ist. Beispielsweise wird aus dem Unterstützungslevel der Unterstützungsfaktor über eine Look-Up-Tabelle, über eine Funktion oder eine andere Zuordnung abgeleitet.
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Damit wird in einem Automatikmodus in einfacher Weise nur die Kadenzdrehzahl und optional ergänzend der Unterstützungslevel vorgegeben, wobei aus diesen beiden Parametern der Übersetzungsfaktor und der Unterstützungsfaktor abgeleitet werden.
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Durch die Ergänzung mit dem Automatikmodul ist es möglich, eine Kontrolleinrichtung, welche bislang durch die Wahl eines Ganges und/oder eines Übersetzungsfaktors und optional ergänzend eines Unterstützungslevels und/oder Unterstützungsfaktors kontrolliert wurde, in einen Automatikmodus zu bringen. Der Übersetzungsfaktor wird dabei in Abhängigkeit der IST-Drehzahl und der vorgegebenen Kadenzdrehzahl bestimmt. Dadurch ist es z.B. möglich, auf eine vorhandene Kontrolleinrichtung und/oder Antriebsanordnung zurückzugreifen und diese in einfacher Weise zu modifizieren.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Automatikmodul ausgebildet, in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Minimalwert oder von einem vorgebbaren Minimalbereich, welcher beispielsweise auch als ein Übergangsbereich ausgebildet sein kann, für die IST-Drehzahl eine Vorgabe für den Übersetzungsfaktor auszugeben. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass bei stehendem oder anfahrendem Fahrzeug der Übersetzungsfaktor aufgrund der zu kleinen IST-Drehzahl rein rechnerisch ins Unendliche oder gegen 0 gehen kann. Beide Übersetzungsfaktoren sind antriebstechnisch nicht sinnvoll umsetzbar. Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, eine Vorgabe für den Übersetzungsfaktor auszugeben, wenn die IST-Drehzahl zu gering ist.
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In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung wird der Übersetzungsfaktor durch eine Quotientenbildung zwischen der IST-Drehzahl und der Kadenzdrehzahl gebildet. Insbesondere weist das Automatikmodul eine Limitereinrichtung auf, wobei die Limitereinrichtung ausgebildet ist, bei einer Unterschreitung der IST-Drehzahl einen vorgebbaren Minimalwert für den Übersetzungsfaktor auszugeben.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Kontrolleinrichtung ein Übersetzungsmodul auf, wobei das Übersetzungsmodul aus einem vorgebbaren Gangwert oder Übersetzungswert den Übersetzungsfaktor bildet.
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Das Übersetzungsmodul ist mit dem Automatikmodul wechselweise betreibbar. Beide Module nutzten jedoch die innere Schnittstelle der Kontrolleinrichtung zur Vorgabe des Unterstützungsfaktors. Das Verstärkungsmodul ist bei beiden Betriebsmodi optional vorhanden. Somit können die beiden Module softwaretechnisch oder hardwaretechnisch einfach getauscht werden. Vor diesem Hintergrund ist es besonders bevorzugt, dass das Übersetzungsmodul und das Automatikmodul alternativ aktivierbar sind.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch die Antriebsanordnung für das Fahrzeug gebildet, welche so ausgebildet ist, wie dies zuvor beschrieben wurde, und welche die Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Antriebsanordnung in vorab beschriebener Weise umsetzt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft das Fahrzeug mit der Antriebsanordnung, wie dieses zuvor beschrieben wurde.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben der Kontrolleinrichtung, der Antriebsanordnung und/oder des Fahrzeugs jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Bei dem Verfahren wird dem Automatikmodul eine Kadenzdrehzahl vorgegeben. Aus der Kadenzdrehzahl wird unter Berücksichtigung der IST-Drehzahl der Übersetzungsfaktor bestimmt. Optional ergänzend wird aus dem Unterstützungslevel der Unterstützungsfaktor abgeleitet. Der Übersetzungsfaktor und optional ergänzend der Unterstützungsfaktor wird auf die zwei Signalpfade eingespeist, wie dies zuvor beschrieben wurde, um das SOLL-Drehmoment und die SOLL-Drehzahl zu bestimmen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Blockdarstellung von einer Kontrolleinrichtung in einem Automatikmodus der 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine Blockdarstellung von der Kontrolleinrichtung der 1 in einem Übersetzungsmodus;
- 4 Graphen zu einer Simulation der Antriebsanordnung bei verschiedenen Betriebsparametern im Automatikmodus.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug 1. Das Fahrzeug 1 ist als ein Fahrrad ausgebildet, welches im Wesentlichen aus einem Rahmen 2 sowie einem Vorderrad 3 und einem Hinterrad 4 gebildet ist.
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Das Fahrzeug 1 weist eine Antriebsanordnung 5 auf, welche zum Antrieb des Hinterrads 4 dient. Das Hinterrad 4 bildet somit ein Antriebsrad des Fahrzeugs 1, wobei das Vorderrad 3 antriebslos bleibt. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorderrad 3 angetrieben wird.
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Die Antriebsanordnung 5 umfasst ein Generatormodul 6, ein Antriebsmodul 7 und optional ein Energiespeichermodul 8. Das Generatormodul 6 ist im Bereich des Tretlagers angeordnet und kann durch einen Fahrer per Tretkraft angetrieben werden, um elektrische Energie für das Antriebsmodul 7 zu erzeugen. Das Generatormodul 6 weist hierzu zwei diametral zueinander angeordnete Tretkurbeln 9 auf, welche per Tretkraft in Rotation versetzt werden, um über eine Tretkurbelwelle 12 elektrische Leistung in dem Generatormodul 6 zu erzeugen.
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Das Fahrzeug 1 weist keine mechanische Antriebsverbindung zwischen den Tretkurbeln 9 und dem Antriebsrad 4 auf. Das Generatormodul 6 ist lediglich über eine elektrische Leitung 10 mit dem Antriebsmodul 6 und/oder dem Energiespeichermodul 8 elektrisch verbunden, um die für das Antriebsmodul 7 nötige elektrische Energie bereitzustellen. Das Antriebsmodul 7 kann beispielsweise als ein in das Hinterrad 4 integrierter Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher ein elektrisches Antriebsmoment auf das Hinterrad 4 überträgt. Das Antriebsmodul 7 kann dabei direkt durch die von dem Generatormodul 6 erzeugte elektrische Energie oder mittelbar durch die in dem Energiespeichermodul 8 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden. Das Energiespeichermodul 8 kann während der Fahrt von Generatormodul 6 gespeist werden und darüber hinaus von einer externen Stromquelle geladen werden. Optional kann die vom Generatormodul 6 bereitgestellte elektrische Energie einem Verbraucher 11, z.B. Licht, zur Verfügung gestellt werden.
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Die Antriebsanordnung 5 weist eine Kontrolleinrichtung 13 auf, wobei die Kontrolleinrichtung 13 ausgebildet ist, die Antriebsanordnung 5 zu steuern und/oder zu regeln. Die Kontrolleinrichtung 13 und/oder die Antriebsanordnung 5 weist eine Mensch-Maschinenschnittstelle MMI 14 auf, welche die Eingabe von Parametern für die Kontrolleinrichtung 13 ermöglicht. Der Aufbau und die Funktionsweise der Kontrolleinrichtung 13 wird anhand der folgenden Figuren erläutert.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Kontrolleinrichtung 13, wobei zudem in der Kontrolleinrichtung 13 das Generatormodul 6 sowie das Antriebsmodul 7 visualisiert sind. Zwischen dem Generatormodul 6 und dem Antriebsmodul 7 ist ein erster Signalpfad 15 und ein zweiter Signalpfad 16 dargestellt. Die Kontrolleinrichtung 13 weist ein Grundmodul 17 sowie ein Automatikmodul 18 in der 2 und ein Verstärkungsmodul 19 auf.
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Das Grundmodul 17 weist zwei Eingangsschnittstellen auf, wobei über die zwei Eingangsschnittstellen ein Übersetzungsfaktor 20a und ein Unterstützungsfaktor 20b an das Grundmodul 17 übergeben werden.
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Der Übersetzungsfaktor 20a entspricht einer Übersetzung zwischen der Drehzahl der Tretkurbelwelle 12 in dem Generatormodul 6 zu der Drehzahl in dem Ausgang des Antriebsmoduls 7 und/oder an dem angetriebenen Rad, hier dem Hinterrad 4.
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Der Unterstützungsfaktor 20b beschreibt, wie stark das Antriebsmodul 7 das mechanische Antriebsmoment oder eine Drehmomentanforderung, welche(s) über das Generatormodul 6 eingeleitet wird, verstärken soll.
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In dem ersten Signalpfad 15 wird ein IST-Drehmoment des mechanischen Antriebsmoments oder alternativ auf Basis von einer IST-Drehzahl und einer SOLL-Drehzahl der Antriebsdrehzahl eine Drehmomentanforderung bereitgestellt und mit dem Übersetzungsfaktor 20a und dem Unterstützungsfaktor 20b multipliziert, um ein SOLL-Drehmoment für das Antriebsmodul 7 bereitzustellen. Dieses wird an das Antriebsmodul 7 weitergegeben und bildet dort eine Führungsgröße in einem Kontrollkreis, insbesondere in einem Regel- und/oder Steuerkreis.
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In dem zweiten Signalpfad 16 wird eine IST-Drehzahl von dem Ausgang des Antriebsmoduls 7 und/oder des angetriebenen Rads, hier dem Hinterrad 4, bereitgestellt und mit dem Übersetzungsfaktor 20a multipliziert, um eine SOLL-Drehzahl für das Generatormodul 6 bereitzustellen. Die SOLL-Drehzahl wird dem Generatormodul 6 übergeben und bildet dort eine Führungsgröße in einem Kontrollkreis, insbesondere einem Regel-und/oder Steuerkreis.
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Soweit der Übersetzungsfaktor als Umkehrwert berechnet wird, sind die entsprechenden Berechnungen anzupassen.
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Über die Mensch-Maschinenschnittstelle 14 wird allerdings nicht der Übersetzungsfaktor 20a und der Unterstützungsfaktor 20b eingegeben, sondern in dem dargestellten Automatikmodus wird eine Kadenzdrehzahl 21a sowie ein Unterstützungslevel 21b vom Fahrer 21 bereitgestellt.
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Die Kadenzdrehzahl 21a wird beispielsweise in Umdrehungen pro Minute (rpm) bereitgestellt und beschreibt die vom Fahrer 22 gewünschte Drehzahl an der Kurbelwelle 12. Der Unterstützungslevel 21 b beschreibt das Maß der Unterstützung, die der Fahrer 22 wünscht und kann beispielsweise in mehreren Stufen geordnet sein (z. B. Level I - V).
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Die Kontrolleinrichtung 13 weist das Automatikmodul 18 auf, wobei das Automatikmodul 18 als Eingangsgröße zum einen die Kadenzdrehzahl 21 a und zum andern z. B. rückgekoppelt oder überführt aus dem zweiten Signalpfad 16 die IST-Drehzahl erhält. Auf Basis dieser zwei Eingangsgrößen bestimmt das Automatikmodul 18 den Übersetzungsfaktor 20a, wobei der Übersetzungsfaktor 20a als Quotient zwischen der IST-Drehzahl und der Kadenzdrehzahl 20 a gebildet ist.
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Optional ergänzend weist das Automatikmodul 18 eine Limitereinrichtung 23 auf, wobei die Limitereinrichtung 23 den Übersetzungsfaktor 20a auf einen konstanten Wert setzt, sofern die IST-Drehzahl kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist.
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Die Kontrolleinrichtung 13 weist das Verstärkungsmodul 19 auf, wobei das Verstärkungsmodul 19 als Eingangsgröße den Unterstützungslevel 21 b erhält und beispielsweise auf Basis einer Tabelle den Unterstützungsfaktor 20b bestimmt.
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Somit wird aus der Kadenzdrehzahl 21a über das Automatikmodul 18 unter Berücksichtigung der IST-Drehzahl der Übersetzungsfaktor 20a bestimmt. Aus dem Unterstützungslevel 21 b wird über das Verstärkungsmodul 19 der Unterstützungsfaktor 20b bestimmt.
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In der 3 ist die Kontrolleinrichtung 13 nochmals dargestellt, wobei jedoch statt dem Automatikmodul 18 ein Übersetzungsmodul 24 vorgesehen ist, um statt dem Automatikmodus einen Übersetzungsmodus umzusetzen. In dem Übersetzungsmodus kann der Fahrer 22 über die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 14 statt der Kadenzdrehzahl 21a einen Gang oder eine Übersetzung 25 wählen, wobei das Übersetzungsmodul 22 ausgebildet ist, zum Beispiel auf Basis einer Tabelle, den Übersetzungsfaktor 20a ohne weitere Eingangsgrößen zu bestimmen.
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Das Automatikmodul 18 und das Übersetzungsmodul 24 können als zwei unterschiedliche Betriebsmodi (Automatikmodus/Übersetzungsmodus) in der Kontrolleinrichtung 13 umgeschaltet werden.
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Das Grundmodul 17 und optional ergänzend das Verstärkungsmodul 19 ist/sind bei beiden Betriebsmodi identisch ausgebildet. Somit ist es insbesondere möglich, ein Fahrzeug 1 und/oder eine Antriebsanordnung 5, welche über den Übersetzungsmodus und/oder das Übersetzungsmodul 24 verfügt mit dem Automatikmodus und/oder dem Automatikmodul 18 zu ergänzen ohne in die Kontrollarchitektur in dem Grundmodul 17 eingreifen zu müssen. Damit bietet sich der Automatikmodus und/oder dem Automatikmodul 18 als eine Nachrüstlösung oder zusätzliche Option bei bereits verfügbaren Fahrzeugen 1 / Antriebsanordnungen 5 an.
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Die Module der Kontrolleinrichtung 13, insbesondere das Grundmodul 17, das Automatikmodul 18, das Verstärkungsmodul 19 und/oder das Übersetzungsmodul 24 können als Softwaremodule in einer digitalen Datenverarbeitungseinrichtung als Kontrolleinrichtung 13 umgesetzt sein.
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Die
4 zeigt drei Graphen 100, 101, 102, welche mit der gleichen Zeitskala auf der X-Achse verschiedene Betriebsparameter der Kontrolleinrichtung 13 zeigen:
| 100 | Drehzahl [rpm] der Kurbelwelle 103 / mechanisches Antriebsmoment [nm] 104 vs. Zeit [s] |
| 101 | Geschwindigkeit [km/h] 105 des Fahrzeugs 1 vs. Zeit [s] |
| 102 | Übersetzungsfaktor 20a vs. Zeit [s] |
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In einer Phase I ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 und damit die IST-Drehzahl vom angetriebenen Rad, hier dem Hinterrad 4, und/oder dem Abtrieb von dem Antriebsmodul 7 sehr gering, wie dies aus dem Graphen 101 zu entnehmen ist.
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Folglich gibt die Limitereinrichtung 23 einen Minimalwert für den Übersetzungsfaktor 20a, hier den Wert 1,0, aus, wie dies aus dem Graphen 102 zu entnehmen ist.
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Die Drehzahl der Kurbelwelle 12 nimmt bei diesem Beispiel linear zu, wohingegen das mechanische Antriebsmoment an dem Generatormodul 6 wellig, jedoch mit konstantem Mittelwert ist.
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In der Phase II, welche zum Zeitpunkt T1 beginnt, überschreitet die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 und damit die IST-Drehzahl vom angetriebenen Rad den vorgegebenen Minimalwert (siehe Graph 101), so dass der Übersetzungsfaktor 20a von dem Automatikmodul 18 frei eingestellt wird.
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Der Übersetzungsfaktor 20a nimmt mit wachsender Geschwindigkeit und damit wachsender IST-Drehzahl ab, so dass - wie dies in dem Graphen 100 gezeigt ist - die SOLL-Drehzahl der Kurbelwelle 12 der Kadenzdrehzahl (40 rpm) konstant entspricht.
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In der Phase III, welche zum Zeitpunkt T2 beginnt, wird das mechanische Antriebsmoment von 10 Nm auf 30 Nm erhöht. Daraufhin erhöht sich ebenfalls die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 und damit die IST-Drehzahl vom angetriebenen Rad. Der Übersetzungsfaktor 20a wird durch das Automatikmodul 18 verringert, so dass die SOLL-Drehzahl für das Generatormodul 6 weiterhin der Kadenzdrehzahl konstant entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Rahmen
- 3
- Vorderrad
- 4
- Hinterrad
- 5
- Antriebsanordnung
- 6
- Generatormodul
- 7
- Antriebsmodul
- 8
- Energiespeichermodul
- 9
- Tretkurbel
- 10
- Leitung
- 11
- Verbraucher
- 12
- Tretkurbelwelle
- 13
- Kontrolleinrichtung
- 14
- Mensch-Maschinenschnittstelle (MMI)
- 15
- erster Signalpfad
- 16
- zweiter Signalpfad
- 17
- Grundmodul
- 18
- Automatikmodul
- 19
- Verstärkungsmodul
- 20a
- Übersetzungsfaktor
- 20b
- Unterstützungsfaktor
- 21a
- Kadenzdrehzahl
- 21b
- Unterstützungslevel
- 22
- Fahrer
- 23
- Limitereinrichtung
- 24
- Übersetzungsmodul
- 25
- Gang/Übersetzung
- 100
- Drehzahl der Kurbelwelle / mechanisches Antriebsmoment vs. Zeit
- 101
- Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 vs. Zeit
- 102
- Übersetzungsfaktor 20a vs. Zeit
- 103
- Drehzahl der Kurbelwelle 12
- 104
- IST-Drehmoment/mechanisches Antriebsmoment an der Kurbelwelle 12
- 105
- Geschwindigkeit des Fahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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