DE102022129068B3 - Human-powered vehicle, method for controlling an electric drive system, computer program product and control unit - Google Patents

Human-powered vehicle, method for controlling an electric drive system, computer program product and control unit Download PDF

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Yilan Huang
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein muskelkraftbetreibbares Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem, umfassend eine erste, zumindest motorisch betreibbare elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, sowie eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine, welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, während eines Pedaliervorgangs die Winkelposition ϕPeines Pedals aus einem durch die zweite elektrische Maschine erstellten Gegenmoment MGund einem vorab bekannten Übersetzungsfaktor zwischen Pedal und zweiter elektrischer Maschine im generatorischen Betrieb zu ermitteln.The invention relates to a human-powered vehicle with an electric drive system, comprising a first, at least motor-operable electric machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, and a second, at least generator-operable electric machine, which is set up, one of a Driver of the vehicle converts mechanical energy introduced via a pedalable actuating device into electrical energy, and a control unit for controlling the first electrical machine and for controlling the second electrical machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force , wherein the control unit is set up to determine the angular position ϕP of a pedal during a pedaling process from a counter torque MG created by the second electric machine and a previously known transmission factor between the pedal and the second electric machine in generator operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein muskelkraftbetreibbares Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem, umfassend eine erste, zumindest motorisch betreibbare elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, sowie eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine, welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Abgabe elektrischer Energie von der und/oder an die erste elektrische Maschine und/oder von der und/oder an die zweite elektrische Maschine, sowie eine Steuereinheit mit einem Reglungsstrecke zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuereinheit.The present invention relates to a human-powered vehicle with an electric drive system, comprising a first, at least motor-operable electric machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, and a second, at least generator-operable electric machine, which is set up to be one of to convert mechanical energy introduced to a driver of the vehicle via a pedalable actuating device into electrical energy, and an energy storage device for storing and / or delivering electrical energy from and / or to the first electrical machine and / or from and / or to the second electrical Machine, and a control unit with a control path for controlling the first electrical machine and for controlling the second electrical machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force. The invention further relates to a method for controlling an electric drive system, a computer program product and a control unit.

Neben konventionellen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, rücken zunehmend Kleinstfahrzeuge in den Fokus der Gesellschaft, um die sich verändernden Mobilitätsanforderungen zukunftssicher zu erfüllen. Die Kleinstfahrzeuge haben den Vorteil, dass diese einerseits einen geringeren Raum als Parkplatz beanspruchen. Andererseits können die Kleinstfahrzeuge so ausgelegt sein, dass diese sich maßgeblich im Stadtverkehr bewegen können, sodass die Anforderungen an mögliche Höchstgeschwindigkeiten sehr gering sind.In addition to conventional motor vehicles, especially passenger cars, society is increasingly focusing on small vehicles in order to meet changing mobility requirements in a future-proof manner. The small vehicles have the advantage that, on the one hand, they take up less space as a parking space. On the other hand, the small vehicles can be designed in such a way that they can move significantly in city traffic, so that the requirements for possible maximum speeds are very low.

Zu dieser Gruppe von Kleinstfahrzeigen gehören traditionell auch beispielsweise Fahrräder, welche üblicherweise mit Muskelkraft betrieben wurden und werden. Neben den muskelbetriebenen Fahrrädern wurden auch Fahrräder mit Hilfsmotoren entwickelt. Mit der Entwicklung von leistungsfähigen Akkus wurden die Hilfsmotoren umweltschonend als Elektromotoren realisiert. Derartige Elektrofahrräder sind mittlerweile ein fester Bestandteil im Straßenbild geworden. Diese muskel- oder tretkraftunterstützten Fahrzeuge sind insbesondere unter den Namen Pedelec (Pedal Electric Cycle), E-Bike oder Elektrofahrrad bekannt.This group of small vehicles traditionally also includes bicycles, for example, which were and are usually operated with muscle power. In addition to muscle-powered bicycles, bicycles with auxiliary motors were also developed. With the development of powerful batteries, the auxiliary motors were implemented as electric motors in an environmentally friendly manner. Such electric bicycles have now become an integral part of the street scene. These muscle- or pedal-assisted vehicles are known in particular under the names Pedelec (Pedal Electric Cycle), e-bike or electric bicycle.

Aus der DE 10 2013 012 208 A1 ist bereits ein derartiges elektrisches Antriebssystem für ein mit Muskelkraft betriebenes Fahrzeug bekannt, wobei das elektrische Antriebssystem mindestens einen mit einer Antriebskurbel mechanisch verbundenen elektrischen Generator, einen elektrischen Antriebsmotor, einen elektrischen Energiespeicher und eine elektrische Schaltungsanordnung zur elektrischen Verkopplung des Generators mit dem Antriebsmotor und dem Energiespeicher umfasst.From the DE 10 2013 012 208 A1 Such an electric drive system for a vehicle powered by muscle power is already known, the electric drive system having at least one electric generator mechanically connected to a drive crank, an electric drive motor, an electric energy storage device and an electrical circuit arrangement for electrically coupling the generator to the drive motor and the energy storage device includes.

Die DE 10 2020 131 674 B3 beschreibt ein elektrisches Antriebssystem für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug. Dabei übernimmt der mit den Pedalen verbundene Generator die Aufgabe, Gegenmoment zu erzeugen, welches herkömmlicherweise mechanisch erzeugt würde.The DE 10 2020 131 674 B3 describes an electric drive system for a vehicle that can be operated using muscle power. The generator connected to the pedals takes on the task of generating counter-torque, which would conventionally be generated mechanically.

Die DE 10 2020 129 449 A1 beschreibt eine Antriebsanordnung für ein muskelkraftbetreibbares Fahrzeug mit einem Generator, der über eine Welle mit einer Tretkurbel so verbunden ist, dass eingebrachte Tretkraft von dem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, einen Antriebsmotor, einen Energiespeicher, wobei der Generator mit dem mindestens einen Antriebsmotor derart elektrisch verbunden ist, dass dieser mit der durch den Generator bereitgestellten elektrischen Energie betreibbar ist, wobei der mindestens eine Antriebsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von dem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist. Es existieren ferner verschiedene Konzepte, auf die, einem mechanischen Verschleiß unterliegenden, Endloszugmittel zur Übertragung der Muskelkraft in elektrifizierten Antriebssträngen zu verzichten. Diese Konzepte sind auch unter dem Namen Chainless-Drive (CLD) bekannt, in denen beispielsweise vollständig auf eine Fahrradkette verzichtet wird. Personal Mobility Devices (PMDs) mit derartigen Chainless-Drive Systemen erfreuen sich in Städten auf der ganzen Welt zunehmend großer Beliebtheit, da sie die Konnektivität auf der ersten und letzten Meile erheblich verbessern.The DE 10 2020 129 449 A1 describes a drive arrangement for a human-powered vehicle with a generator, which is connected via a shaft to a pedal crank in such a way that the pedal force introduced is converted by the generator into electrical energy, a drive motor, an energy storage device, the generator being electrically connected to the at least one drive motor is connected that it can be operated with the electrical energy provided by the generator, wherein the at least one drive motor can be operated exclusively by the electrical energy that can be provided by the generator and / or by the energy storage. There are also various concepts that eliminate the use of endless traction devices for transmitting muscle power in electrified drive trains, which are subject to mechanical wear. These concepts are also known as Chainless Drive (CLD), in which, for example, a bicycle chain is completely dispensed with. Personal mobility devices (PMDs) with such chainless drive systems are becoming increasingly popular in cities around the world as they significantly improve first and last mile connectivity.

Bei konventionellen Chainless-Drive (CLD) Systemen wird mit dem von den Kurbeln durch den Fahrer angetriebenen Generator mittels Elektronik ein Gleichstrom erzeugt, mittels welchem eine Batterie geladen werden kann und/oder ein Antriebsmotor mit steuerbarem/regelbarem Strom unabhängig von der Generatordrehzahl angetrieben werden kann. Da eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Fahrer und dem angetriebenen Rad bei einem Chainless-Drive nicht mehr vorhanden ist, muss das Fahrgefühl eines mechanischen Antriebsstrangs durch das Chainless-Drive-System elektronisch nachgebildet werden. Hierzu wird in der Regel durch eine Steuereinheit und Regelungssoftware des Chainless-Drive-Systems auf der Basis von Eingangsparametern aus dem CLD-Tretlagermodul, wie beispielsweise Drehwinkel, Drehzahl, Drehmoment, Beschleunigungssignalen etc. ein Drehmomentbeziehungsweise Drehzahlwert berechnet, welcher durch den Antriebsmotor in Fahrzeugvorschub umgesetzt wird.In conventional chainless drive (CLD) systems, the generator, which is driven by the driver's cranks, uses electronics to generate a direct current, which can be used to charge a battery and/or drive a drive motor with controllable/adjustable current independently of the generator speed . Since there is no longer a direct mechanical connection between the driver and the driven wheel with a chainless drive, the driving experience of a mechanical drive train must be electronically replicated by the chainless drive system. For this purpose, a control unit and control software of the chainless drive system usually calculates a torque or speed value based on input parameters from the CLD bottom bracket module, such as angle of rotation, speed, torque, acceleration signals, etc., which is converted into vehicle advance by the drive motor becomes.

Eine Herausforderung bei derartigen CLD-Systemen ist die elektrische beziehungsweise reglungstechnische Nachbildung des von einem Benutzer erwarteten mechanischen Verhaltens derartiger Fahrzeuge.A challenge with such CLD systems is the electrical or control technology simulation of the mechanical behavior of such vehicles expected by a user.

Weiter möchte der Fahrer das Fahrzeug auch in ähnlicher Weise bedienen können wie ein herkömmliches Fahrzeug. So ist ein Benutzer in der Regel daran gewöhnt, zum Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand ein Pedal in eine Position zu verbringen, die es ihm möglichst einfach macht, Tretkraft auf das Pedal einzubringen. Wünschenswert ist es, dass dieses Verbringen des Pedals in eine Anfahrposition seitens des Fahrzeugsystems übernommen wird. Dabei wäre es ferner wünschenswert, ohne einen speziellen Sensor zur Erkennung der Pedalposition auszukommen, sondern lediglich bereits vorhandene Sensorik zu nutzen.The driver would also like to be able to operate the vehicle in a similar way to a conventional vehicle. To start the vehicle from a standstill, a user is usually used to placing a pedal in a position that makes it as easy as possible for him to apply pedal force to the pedal. It is desirable that this movement of the pedal into a starting position is taken over by the vehicle system. It would also be desirable to do without a special sensor for detecting the pedal position, but rather just use existing sensors.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein muskelkraftbetreibbares Fahrzeug mit einem elektrischen CLD Antriebssystem bereitzustellen, das die Pedalposition mit Hilfe bereits anderweitig verbauter Mittel erkennen kann und das Pedal in eine geeignete Anfahrposition verbringen kann.It is therefore the object of the invention to provide a human-powered vehicle with an electric CLD drive system that can detect the pedal position using means already installed elsewhere and can move the pedal to a suitable starting position.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein muskelkraftbetreibbares Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug. Das erfindungsgemäße muskelkraftbetreibbare Fahrzeug umfasst ein elektrisches Antriebssystem, umfassend eine erste, zumindest motorisch betreibbare elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, sowie eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine, welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Abgabe elektrischer Energie von der und/oder an die erste elektrische Maschine und/oder von der und/oder an die zweite elektrische Maschine, sowie eine Steuereinheit mit einem Reglungsstrecke zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, während eines Pedaliervorgangs die Winkelposition ϕP eines Pedals aus einem durch den Generator erstellten Gegenmoment MG und einem vorab bekannten Übersetzungsfaktor zwischen Pedal und Generator zu ermitteln.This object is achieved by a vehicle that can be operated by human power according to claim 1 and by a method for controlling an electric drive system for a vehicle that can be operated by muscle power. The human-powered vehicle according to the invention comprises an electric drive system, comprising a first, at least motor-operable electric machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, and a second, at least generator-operable electric machine, which is set up to be operated by a driver of the Vehicle via a pedalable actuator to convert mechanical energy introduced into electrical energy, and an energy storage device for storing and / or delivering electrical energy from and / or to the first electrical machine and / or from and / or to the second electrical machine, as well a control unit with a control path for controlling the first electric machine and for controlling the second electric machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force, the control unit being set up to determine the angular position ϕ during a pedaling process P of a pedal is to be determined from a counter torque M G created by the generator and a previously known transmission factor between pedal and generator.

Während des Pedalierens wird von einer vorgegebenen Fahrstrategie das Zielmoment definiert. Die Abhängigkeit zwischen von dem Generator gestellten Gegenmoment MG und der Winkelposition ϕP des Pedals lässt sich auf die für den Fahrer günstige Position des Pedaltretens zurückführen. So ist es beispielsweise in einer 6 Uhr-Stellung des Pedals, also in der tiefsten möglichen Position eines Pedals, für den Fahrer kaum möglich, Drehmoment in die Bewegung einzubringen. Durch dieses Minimum bewegt sich das Pedal, beziehungsweise die Tretkurbel, vorrangig durch die Trägheit des rotierenden Systems. Typischerweise gibt es während einer Pedalumdrehung zwei lokale Maxima der Tretkrafteinbringung.While pedaling, the target torque is defined by a given driving strategy. The dependence between the counter torque M G provided by the generator and the angular position ϕ P of the pedal can be traced back to the position of pedaling that is favorable for the driver. For example, when the pedal is in the 6 o'clock position, i.e. in the lowest possible position of a pedal, it is hardly possible for the driver to introduce torque into the movement. Through this minimum, the pedal or crank moves primarily due to the inertia of the rotating system. Typically there are two local maxima of pedal force input during one pedal revolution.

Die Beziehung zwischen dem Generatorwinkel ϕG, also dem Winkel, der durch einen Positionssensor des Generators bestimmt wird, der für die Kommutierung zuständig ist, und der Winkelposition ϕP des Pedals wird durch einen Übersetzungsfaktor dargestellt, beziehungsweise durch die Gleichung ϕ G = ϕ P * i

Figure DE102022129068B3_0001
The relationship between the generator angle ϕ G , i.e. the angle that is determined by a position sensor of the generator that is responsible for the commutation, and the angular position ϕ P of the pedal is represented by a transmission factor, or by the equation ϕ G = ϕ P * i
Figure DE102022129068B3_0001

Die Winkelposition des Pedals, mit der dann das Anfahren erleichtert werden kann, wird im Folgenden als ϕAn bezeichnet. Dieser ϕAn bestimmt dann die Position, in der der Fahrer am besten oder zumindest günstig in der Lage ist, seine Tretkraft über die Pedale in die Tretkurbel einzubringen.The angular position of the pedal, which can then be used to make starting easier, is referred to below as ϕ An . This ϕ An then determines the position in which the driver is best or at least able to apply his pedaling force to the pedal crank via the pedals.

Bevorzugt wird hierfür eine von ϕP abhängige Fit-Funktion verwendet. Dafür eignet sich beispielsweise eine Sinuswelle, die der Welligkeit des Gegenmoments MG beim Fahren (Pedalieren) entspricht. Dabei wird nur die Periode des Gegenmoments betrachtet; die Amplitude spielt zunächst keine Rolle. Die Parameter der Fit-Funktion können durch typische Algorithmen angepasst werden oder sogar mithilfe künstlicher Intelligenz bestimmt werden. Danach kann die Position für das Anfahren definiert werden, beispielsweise in der Nähe der lokalen Amplituden der angepassten Fit-Funktion.A fit function dependent on ϕ P is preferably used for this. For example, a sine wave is suitable for this, which corresponds to the ripple of the counter-torque M G when driving (pedaling). Only the period of the counter-torque is considered; the amplitude does not initially play a role. The parameters of the fit function can be adjusted using typical algorithms or even determined using artificial intelligence. The position for the approach can then be defined, for example in the vicinity of the local amplitudes of the adapted fit function.

Hierdurch wird auf eine einfache und effektive Weise das Verbringen des Pedals in eine Anfahrposition reglungstechnisch in einer Steuereinheit des Fahrzeugs nachgebildet.In this way, the movement of the pedal into a starting position is simulated in a control unit of the vehicle in a simple and effective manner.

Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Klein- oder Kleinstfahrzeug oder als ein Elektromobil ausgebildet. Das Fahrzeug ist bevorzugt mehrspurig, beispielsweise mit drei oder mehr Rädern ausgebildet. Es kann beispielsweise als ein ein- oder mehrspuriger Roller, insbesondere als ein Elektromotorrad, als ein Elektromotorroller, als ein Elektroroller, Elektrotretroller, Elektroscooter, beispielsweise E-Scooter, als ein Segway, Hoverboard, Kickboard, Skateboard, Longboard oder ähnliches ausgebildet sein. Alternativ kann das Fahrzeug als ein Fahrrad, insbesondere als ein Elektrofahrrad, beispielsweise als ein Pedelec oder als ein E-Bike ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein Transport- oder Lastenrad, insbesondere ein motorisiertes beziehungsweise elektrisch angetriebenes Transport- oder Lastenrad, im Speziellen ein Dreirad- oder Vierrad-Pedelec oder eine Rikscha, insbesondere mit oder ohne Dach, oder ein Kabinenroller sein.The vehicle is preferably designed as a small or micro vehicle or as an electric vehicle. The vehicle is preferably multi-lane, for example with three or more wheels. It can be designed, for example, as a single or multi-track scooter, in particular as an electric motorcycle, as an electric motor scooter, as an electric scooter, electric scooter, electric scooter, for example e-scooter, as a Segway, hoverboard, kickboard, skateboard, longboard or similar. Alternatively, the vehicle can be used as a bicycle, in particular as an electric bicycle, for example be designed as a Pedelec or as an e-bike. For example, the vehicle can be a transport or cargo bike, in particular a motorized or electrically driven transport or cargo bike, in particular a three-wheel or four-wheel pedelec or a rickshaw, in particular with or without a roof, or a cabin scooter.

Grundsätzlich wäre es denkbar, dass eine Mehrzahl von motorisch betreibbaren elektrischen Maschinen an eine generatorisch betreibbare Maschine gekoppelt sind. Hierdurch ließe sich beispielsweise ein mehrachsiges Antriebskonzept oder ein Allradantrieb bei einem mehrspurigen Fahrzeug realisieren. Ebenso wäre es möglich, dass mehrere generatorisch betreibbare Maschinen mit einer elektrisch betreibbaren Maschine gekoppelt sind, so dass sich hierdurch beispielsweise Tandem-Antriebskonzepte, bei denen beispielsweise zwei Personen Muskelkraft in das Antriebssystem einspeisen, realisiert werden können. Schließlich ist es auch möglich, das Antriebskonzept so weiterzuentwickeln, dass mehrere generatorisch betreibbare elektrische Maschinen mit mehreren motorisch betreibbaren elektrischen Maschinen gekoppelt sind.In principle, it would be conceivable that a plurality of electrical machines that can be operated by motors are coupled to a machine that can be operated by generators. This would make it possible, for example, to implement a multi-axle drive concept or all-wheel drive in a multi-lane vehicle. It would also be possible for several generator-operated machines to be coupled to an electrically operated machine, so that, for example, tandem drive concepts in which, for example, two people feed muscle power into the drive system, could be realized. Finally, it is also possible to further develop the drive concept in such a way that several electrical machines that can be operated as generators are coupled to several electrical machines that can be operated as motors.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug ein Fahrrad ist.In a likewise preferred embodiment variant of the invention it can also be provided that the vehicle is a bicycle.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend, eine erste, zumindest motorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Abgabe elektrischer Energie von der und/oder an die erste elektrische Maschine und/oder von der und/oder an die zweite elektrische Maschine, sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, und die Steuereinheit eingerichtet ist, während eines Pedaliervorgangs die Winkelposition ϕP eines Pedals aus einem durch den Generator erstellten Gegenmoment MG und einem vorab bekannten Übersetzungsfaktor zwischen Pedal und Generator zu ermitteln, umfassend die folgenden Schritte:

  • - Erfassen des Vorliegens eines Pedaliervorgangs (S1) während mindestens einer vollständigen Pedalumdrehung
  • - Erfassen eines Gegenmoments MG des Generators (S2)
  • - Erfassen einer Winkelposition ϕP eines Pedals (S3)
  • - Einführen einer Fit-Funktion oder eines KI-Algorithmus (S4)
  • - Bestimmen einer Anfahrposition ϕAn des Pedals (S5)
The object of the invention is further achieved by a method for controlling an electric drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, comprising a first, at least motor-operable, electric machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, a second, at least generator-operated electrical machine, which is set up to convert mechanical energy introduced by a driver of the vehicle via a pedalable actuating device into electrical energy, an energy storage device for storing and / or delivering electrical energy from and / or to the first electrical machine and / or from and / or to the second electrical machine, as well as a control unit for controlling the first electrical machine and for controlling the second electrical machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force, and the control unit is set up to determine the angular position ϕ P of a pedal from a counter torque M G created by the generator and a previously known transmission factor between pedal and generator during a pedaling process, comprising the following steps:
  • - Detecting the presence of a pedaling process (S1) during at least one complete pedal revolution
  • - Detecting a counter torque M G of the generator (S2)
  • - Detecting an angular position ϕ P of a pedal (S3)
  • - Introduce a fit function or an AI algorithm (S4)
  • - Determining an approach position ϕ An of the pedal (S5)

Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4.The object of the invention can also be achieved by a computer program product which is stored on a machine-readable carrier, or computer data signal, embodied by an electromagnetic wave, with program code which is suitable for carrying out the method according to claim 3 or 4.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein, durch eine Steuereinheit zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 zu veranlassen.Finally, the object of the invention can also be achieved by a control unit for controlling an electric drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, comprising a processor and a memory which contains a computer program code, the memory and the computer program code being configured with the processor, to cause the control unit to carry out the method according to claim 3 or 4.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt die Abhängigkeit des Gegenmoments MG des Generators von der Winkelposition ϕP eines Pedals. Gekennzeichnet ist auch die Position eines günstigen Anfahrwinkels ϕAn.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Schritten
The invention is explained in more detail below using figures.
  • 1 shows the dependence of the counter torque MG of the generator on the angular position ϕ P of a pedal. The position of a favorable approach angle ϕ An is also marked.
  • 2 shows a flowchart of the method according to the invention with the steps

S1S1
Erfassen des Vorliegens eines Pedaliervorgangs während mindestens einer vollständigen PedalumdrehungDetecting the presence of a pedaling process during at least one complete pedal revolution
S2S2
Erfassen eines Gegenmoments MG des GeneratorsDetecting a counter torque M G of the generator
S3S3
Erfassen einer Winkelposition ϕP eines PedalsDetecting an angular position ϕ P of a pedal
S4S4
Einführen einer Fit-Funktion oder eines KI-AlgorithmusIntroducing a fit function or AI algorithm
S5S5
Bestimmen einer Anfahrposition ϕAn des Pedals.Determining an approach position ϕ An of the pedal.

Claims (6)

Muskelkraftbetreibbares Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem, umfassend eine erste, zumindest motorisch betreibbare elektrische Maschine, die zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, sowie eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare elektrische Maschine , welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Abgabe elektrischer Energie von der und/oder an die erste elektrische Maschine und/oder von der und/oder an die zweite elektrische Maschine, sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, während eines Pedaliervorgangs die Winkelposition ϕP eines Pedals aus einem durch die zweite elektrische Maschine erstellten Gegenmoment MG und einem vorab bekannten Übersetzungsfaktor zwischen Pedal und zweiter elektrischer Maschine im generatorischen Betrieb zu ermitteln.Muscle-powered vehicle with an electric drive system, comprising a first, at least motor-operable electric machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, and a second, at least generator-operable electric machine, which is set up to be operated by a driver of the vehicle a pedalable actuating device to convert mechanical energy introduced into electrical energy, and an energy storage device for storing and/or delivering electrical energy from and/or to the first electrical machine and/or from and/or to the second electrical machine, and a control unit for controlling the first electric machine and for controlling the second electric machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force, characterized in that the control unit is set up to determine the angular position ϕ P during a pedaling process To determine the pedal from a counter torque M G created by the second electric machine and a previously known transmission factor between the pedal and the second electric machine in generator operation. Muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Fahrrad ist.Muscle-powered vehicle Claim 1 , characterized in that the vehicle is a bicycle. Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend, eine erste, zumindest motorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche eingerichtet ist, eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Abgabe elektrischer Energie von der und/oder an die erste elektrische Maschine und/oder von der und/oder an die zweite elektrische Maschine, sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, und die Steuereinheit eingerichtet ist, während eines Pedaliervorgangs die Winkelposition ϕP eines Pedals aus einem durch die zweite elektrische Maschine erstellten Gegenmoment MG und einem vorab bekannten Übersetzungsfaktor zwischen Pedal und zweiter elektrischer Maschine im generatorischen Betrieb zu ermitteln, umfassend die folgenden Schritte: - Erfassen eines Pedaliervorgangs (S1) während mindestens einer vollständigen Pedalumdrehung - Erfassen eines Gegenmoments MG des Generators (S2) - Erfassen einer Winkelposition ϕP eines Pedals (S3) - Einführen einer Fit-Funktion oder eines KI-Algorithmus (S4) und - Bestimmen einer Anfahrposition ϕAn des Pedals (S5).Method for controlling an electric drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, comprising a first, at least motor-operable, electrical machine, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, a second, at least generator-operable, electrical machine, which is set up , converting mechanical energy introduced by a driver of the vehicle via a pedalable actuating device into electrical energy, an energy storage device for storing and / or delivering electrical energy from and / or to the first electrical machine and / or from and / or to the second electric machine, and a control unit for controlling the first electric machine and for controlling the second electric machine in such a way that an electrically caused rotation of the drive wheel can be generated by a rotation of the actuating device caused by muscle force, and the control unit is set up during a pedaling process To determine the angular position ϕ P of a pedal from a counter torque M G created by the second electric machine and a previously known transmission factor between the pedal and the second electric machine in generator operation, comprising the following steps: - Detecting a pedaling process (S1) during at least one complete pedal revolution - Detecting a counter torque M G of the generator (S2) - Detecting an angular position ϕ P of a pedal (S3) - Introducing a fit function or an AI algorithm (S4) and - Determining an approach position ϕ An of the pedal (S5). Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erfassen einer Winkelposition ϕP eines Pedals (S3) aus einer Beziehung zwischen einem Generatorwinkel ϕG und der Winkelposition ϕP des Pedals mit einem Übersetzungsfaktor i gemäß ϕ G = ϕ P * i
Figure DE102022129068B3_0002
ermittelt wird.Procedure according to Claim 3 , wherein the detection of an angular position ϕ P of a pedal (S3) from a relationship between a generator angle ϕ G and the angular position ϕ P of the pedal with a transmission factor i according to ϕ G = ϕ P * i
Figure DE102022129068B3_0002
 is determined. Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4.Computer program product stored on a machine-readable medium, or computer data signal embodied by an electromagnetic wave, with program code suitable for carrying out the method according to Claim 3 or 4 . Steuereinheit zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 zu veranlassen.Control unit for controlling an electric drive system for a human-powered vehicle, comprising a processor and a memory containing a computer program code, the memory and the computer program code being configured with the processor, the control unit for carrying out the method Claim 3 or 4 to cause.
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