DE102021200385B4

DE102021200385B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs eines Elektrofahrrads und Elektrofahrrad mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021200385B4
Application number: DE102021200385.0A
Authority: DE
Inventors: Janek Kraeuter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: DE102021200385A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Antriebs (170) eines Elektrofahrrads, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren• eine Gewichtsgröße erfasst, und• ein vom Antrieb (170) bereitgestelltes Motordrehmoment zur Erzeugung eines Motorvortriebs in Abhängigkeit von der Gewichtsgröße steuert, wobei das Verfahren als Gewichtsgröße• eine Eingabegröße und/oder• ein Gewicht des Antriebsystems bestehend aus zumindest Antrieb und/oder Energiespeicher, und/oder• eine Beladung des Elektrofahrrads, und/oder• ein Gewicht des Fahrers erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Motordrehmoment derart steuert, dass sich das Elektrofahrrad gewichtsneutral bezüglich der Gewichtsgröße durch den vom Fahrer mittels des Kurbeltriebs erzeugten Fahrervortrieb verhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs eines Elektrofahrrads sowie ein Elektrofahrrad mit einer solchen Vorrichtung, bei dem der Antrieb des Elektrofahrrads derart angesteuert wird, dass das Fahrverhalten dem eine Fahrrads ohne Antrieb entspricht.
Schon seit einigen Jahren erfreuen sich Elektrofahrräder einer großen Beliebtheit, da bei diesen Fahrrädern die Bewegung nicht mehr alleine durch den Fahrer aufgebracht werden muss. So kann der am Elektrofahrrad vorgesehene Antrieb in Form eines Elektromotors in Abhängigkeit von der Trittfrequenz des Fahrers und/oder des vom Fahrer auf die Tretkurbel aufgebrachten Fahrertretdrehmoments eine motorische Unterstützung bei der Fortbewegung beitragen. Wird der Antrieb jedoch nicht verwendet, erhöht sich das durch den Fahrer zu bewegende Gewicht des Fahrrads, ohne dass eine entsprechende Kompensation dieses Mehrgewichts durch einen zusätzlichen Vortrieb erfolgt. Darüber hinaus ist auch die Leistung des Fahrers bei der Fortbewegung des Elektrofahrrads ohne die Verwendung des Antriebs nur bedingt mit der Leistung eines traditionellen Fahrradfahrers zu vergleichen, da auch ohne zusätzliche Antriebsleistung das Mehrgewicht zumindest des Antriebs mit bewegt werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, die Verwendung eines Elektrofahrrads derart zu ermöglichen, dass der Fahrer keinen wesentlichen Unterschied zur Nutzung eines konventionellen Fahrrads erfährt.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 3 zur Steuerung des Antriebs eines Elektrofahrrads sowie ein entsprechendes Elektrofahrrad mit den Merkmalen von Anspruch 4 beansprucht.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung erfassen zunächst eine Gewichtsgröße und steuern das durch den Antrieb erzeugte Motordrehmoment beziehungsweise den damit verbundenen Motorvortrieb in Abhängigkeit von dieser Gewichtsgröße. Dabei kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass noch weitere Betriebs- oder Fahrzustandsgrößen in die Ansteuerung des Antriebs einfließen können.
Durch die Berücksichtigung eines zusätzlichen Gewichts am oder auf dem Elektrofahrrad, welches durch die Gewichtsgröße erfasst wird, kann der Antrieb derart gesteuert werden, dass ein zusätzliches Motordrehmoment erzeugt wird, welches dieses zusätzliche Gewicht bei der Bewegung kompensiert. Wird dabei beispielsweise als Gewichtsgröße das Gewicht des Antriebs sowie des Energiespeichers erfasst, kann der Fahrer das Elektrofahrrad durch eigenen muskulären Antrieb im Wesentlichen wie ein konventionelles Fahrrad verwenden und fortbewegen. Durch diese Kompensation kann auch die durch den Fahrer aufgebrachten Bewegungsleistungen mit denen anderer Fahrradfahrer verglichen werden, gegebenenfalls sogar unabhängig von unterschiedlichen Motorisierungen, wenn alle Elektrofahrräder entsprechende Kompensationsalgorithmen verwenden.
Neben dem Gewicht des Antriebs und/oder des Energiespeichers kann als Gewichtsgröße zusätzlich oder optional auch das Gewicht des Fahrers, des Elektrofahrrads und/oder der Beladung des Elektrofahrrads erfasst werden. Zusätzlich oder optional kann auch vorgesehen sein, dass der Fahrer eine Gewichtsgröße beziehungsweise ein Gewicht als Eingabegröße vorgibt, welche für die Ansteuerung des Antriebs beziehungsweise der Kompensation verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Antrieb derart angesteuert wird, dass ein Motordrehmoment für den Vortrieb erzeugt wird, der das Elektrofahrrad gewichtsneutral bezüglich des der Gewichtsgröße entsprechendem Gewichts verhält. So kann neben der Kompensation des Gewichts des Antriebs und/oder des Energiespeichers auch die Beladung oder auch ein Anhänger kompensiert werden, so dass der Fahrer den Eindruck hat, trotz Antrieb, Energiespeicher und/oder Beladung ein normales Fahrrad zu fahren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass weitere Größen zur Ableitung der Ansteuerung des Antriebs und/oder zur Erzeugung des Motordrehmoments erfasst und berücksichtigt werden. Hierbei können insbesondere Fahr- oder Betriebsgrößen sowie Umgebungsgrößen und Fahrereigenschaften erfasst und berücksichtigt werden. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads, eine Steigung einer durch das Elektrofahrrad befahrenen Strecke sowie das Fahrertretdrehmoment und/oder die Trittfrequenz berücksichtigt werden. So ist denkbar, dass die Kompensation nur in bestimmten Situation wie einem Anstieg erfolgt, so dass der Fahrer in diesen Fahrsituationen ein normales Fahrempfinden erfährt, zum Beispiel hinsichtlich der Beschleunigung.
Figurenliste

In der 1 wird schematisch eine erfindungsgemäß Vorrichtung beschrieben, während 2 ein mögliches erfindungsgemäßes Verfahren darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung
Zur Umsetzung der Erfindung ist eine Steuereinheit 100 vorgesehen, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei weist die Steuereinheit 100 einen Speicher 110 auf, in dem beispielsweise verschiedene Ansteuerungsroutinen für den Antrieb 170 hinterlegt sind. So ist bei gängigen Elektrofahrrädern üblich, dass der Fahrer zwischen mehreren Ansteuerroutinen wählen kann, zum Beispiel ECO oder SPORT, die in Abhängigkeit von der Trittfrequenz des Fahrers und/oder dessen aufgebrachtem Fahrertretdrehmoment unterschiedliche Unterstützungsdrehmomente für den Vortrieb durch den Elektromotor zur Verfügung stellt. Die Erfindung kann dabei dazu genutzt werden, die zuvor festgelegten Ansteuerroutinen an eine Gewichtskompensation anzupassen oder eine vollständig neue Ansteuerroutine abzuleiten. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Anpassung der Ansteuerroutine in Abhängigkeit des erfassten Gewichts nur zeitweise erfolgt.
Die Steuereinheit 100 erfasst zur Ableitung der Gewichtskompensation bei der Ansteuerung des Antriebs 170 eine Anforderung des Fahrers zur Einleitung dieses Ansteuermodus mittels einer geeigneten Eingabeeinheit 120. Mittels dieser Eingabeeinheit 120 kann optional auch eine Gewichtsgröße eingegeben werden, die kompensiert werden soll. Alternativ kann eine Gewichtsgröße durch hinterlegte Daten im Speicher 110 erfasst und berücksichtigt werden. So kann beispielsweise das Gewicht des Antriebs und/oder des Energiespeichers des Elektrofahrrads im Speicher hinterlegt sein. Weiterhin kann auch ein Sensor 130 verwendet werden, der eine Gewichtsgröße erfasst, zum Beispiel die Beladung des Elektrofahrrads auf dem Gepäckträger oder das Gewicht auf dem Sattel. Zur konventionellen Ansteuerung des Antriebs 170 erfasst die Steuereinheit 100 mittels eines Sensors 140 die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads sowie mittels eines weiteren Sensors 160 die Fahraktivität des Fahrers, zum Beispiel das Fahrertretdrehmoment und/oder die Trittfrequenz. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit mit einem Sensor 150 die Steigung oder andere Größen erfasst, die die Fahrdynamik oder die Umgebung charakterisieren. Alle diese erfassten Größen können zusätzlich bei der Anpassung der Ansteuerung des Antriebs in Bezug auf die Gewichtskompensation ebenfalls berücksichtigt werden.
Optional kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zur Anpassung der Ansteuerroutine des Antriebs eine Information erzeugt wird, die die Leistung des Fahrers repräsentiert, bei der das zusätzliche Gewicht berücksichtigt wird, welches durch die Gewichtsgröße erfasst wird. Diese Information kann über eine entsprechende Verbindung, zum Beispiel drahtlos oder über ein verbundenes Anzeigeelement, an eine externe Datenbank gesendet werden, zum Beispiel Strava, Garmin. Hierdurch kann die Steuereinheit 100 eine zu konventionellen Fahrrädern vergleichbare Leistungsgröße erzeugen und übermitteln. Optional kann auch vorgesehen sein, dass lediglich diese Leistungsgröße in Abhängigkeit der erfassten oder eingegebenen Gewichtsgröße abgeleitet wird und die Ansteuerung des Antriebs ohne eine Gewichtskompensation erfolgt.
Ein mögliches Verfahren zur Durchführung der Erfindung ist im Flussdiagramm der 2 dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens wird in einem ersten Schritt 210 erfasst, ob der Fahrer eine gewichtskompensierte Ansteuerung des Antriebs wünscht, zum Beispiel im Rahmen eines „no eMode“. Optional kann mit dieser Eingabe auch die Angabe eines Wunschgewichts verbunden sein, die durch den Antrieb kompensiert wird. Weiterhin optional kann auch das resultierende Gewicht eingegeben werden, welches bei der Unterstützung durch den Antrieb bewegt werden soll. Bei der nachfolgenden Abfrage im Schritt 220 wird geprüft, ob der Fahrer eine gewichtskompensierte Ansteuerung wünscht. Ist das nicht der Fall wird der Antrieb in einem Schritt 230 in der üblichen Weise eines Elektroantriebs eines Elektrofahrrads angesteuert beziehungsweise geregelt. Wird im Schritt 220 jedoch erkannt, dass eine gewichtskompensierte Ansteuerung gewünscht wird, erfolgt im nachfolgenden Schritt 250 die entsprechende Ansteuerung beziehungsweise Regelung des Antriebs. Hierbei kann das Wunschgewicht des Fahrers, welches er im Schritt 210 eingegeben hat, berücksichtigt werden. Weiterhin kann das Gewicht oder eine Gewichtsgröße, die das zu kompensierende Gewicht repräsentiert, sowohl im Schritt 210 als auch im Schritt 250 erfasst oder eingelesen werden, zum Beispiel aus dem Speicher 110. Zur Erfassung des Gewichts kann sowohl eine Eingabe vorgesehen sein als auch ein Sensor, der direkt eine Gewichtsgröße erfasst. So kann beispielsweise mittels eines Sensors das Gewicht auf dem Sattel, dem Gepäckträger, an Halterungen des Vorderrads und/oder an einer Kupplung erfasst werden, an der ein Anhänger angebracht ist. Die gewichtskompensierte Ansteuerung oder Regelung des Antriebs kann dabei eigenständig abgeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch bereits vorhandenen Ansteuerroutinen an die Gewichtskompensation angepasst werden. Die gewichtskompensierte Ansteuerung kann optional auch nur zeitweise erfolgen, zum Beispiel in bestimmten Fahrsituationen, wie einer Fahrt bergauf.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in einem optionalen Schritt 240 vor der Ansteuerung im Schritt 250 wenigstens eine fahrdynamische Größe oder auch Betriebsgröße des Elektrofahrrads erfasst wird, in dessen Abhängigkeit die gewichtskompensierte Ansteuerung erfolgt. Hierbei könnte beispielsweise die Steigung der Fahrbahn, auf der sich das Fahrrad bewegt oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads erfasst werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Antriebs (170) eines Elektrofahrrads, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren • eine Gewichtsgröße erfasst, und • ein vom Antrieb (170) bereitgestelltes Motordrehmoment zur Erzeugung eines Motorvortriebs in Abhängigkeit von der Gewichtsgröße steuert, wobei das Verfahren als Gewichtsgröße • eine Eingabegröße und/oder • ein Gewicht des Antriebsystems bestehend aus zumindest Antrieb und/oder Energiespeicher, und/oder • eine Beladung des Elektrofahrrads, und/oder • ein Gewicht des Fahrers erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Motordrehmoment derart steuert, dass sich das Elektrofahrrad gewichtsneutral bezüglich der Gewichtsgröße durch den vom Fahrer mittels des Kurbeltriebs erzeugten Fahrervortrieb verhält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren • die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads, und/oder • die Steigung der durch das Elektrofahrrad befahrenen Strecke und/oder • das Fahrertretdrehmoment, und/oder • die Fahrertrittfrequenz erfasst und das durch den Antrieb (170) erzeugte Motordrehmoment zusätzlich in Abhängigkeit von • der Geschwindigkeit des Elektrofahrrads, und/oder • der Steigung der durch das Elektrofahrrad befahrenen Strecke und/oder • dem Fahrertretdrehmoment, und/oder • der Fahrertrittfrequenz steuert.
Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs (170) eines Elektrofahrrads mit einer Steuereinheit (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2.
Elektrofahrrad mit einer Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Elektrofahrrad • eine Tretkurbel zur Erzeugung eines Vortriebs des Elektrofahrrads durch den Fahrer, • einen Antrieb (170) zur wenigstens teilweisen Erzeugung eines Vortriebs durch einen Elektromotor, und • eine Steuereinheit (100) zur Steuerung des Antriebs aufweist, wobei die Steuereinheit (100) • mittels einer Eingabeeinheit (120) oder eines Sensors (130) eine Gewichtsgröße erfasst, und • ein vom Antrieb (170) bereitgestelltes Motordrehmoment zur Erzeugung eines Motorvortriebs in Abhängigkeit von der Gewichtsgröße steuert.