DE102023200388B3 - Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle - Google Patents
Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023200388B3 DE102023200388B3 DE102023200388.0A DE102023200388A DE102023200388B3 DE 102023200388 B3 DE102023200388 B3 DE 102023200388B3 DE 102023200388 A DE102023200388 A DE 102023200388A DE 102023200388 B3 DE102023200388 B3 DE 102023200388B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gear
- speed
- output
- pedal shaft
- freewheel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
- B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
- B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
- B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
- B62M11/145—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the bottom bracket
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
- B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
- B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
- B62M11/18—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears with a plurality of planetary gear units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
- B62M6/45—Control or actuating devices therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structure Of Transmissions (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein muskelbetriebenes Fahrzeug. Die Antriebseinrichtung (1) weist eine Pedalwelle (2) zur Aufnahme einer Muskelkraft eines Fahrers, ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe (6) mit einem Abtrieb (10), ein über einen Freilauf (41) mit einem Rad (42) des muskelbetriebenen Fahrzeugs mechanisch wirkverbindbares Abtriebsrad (5) und eine erste (12) sowie eine zweite elektrische Maschine (13) auf. Die Pedalwelle (2) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (6) und der Abtrieb (10) des Überlagerungsgetriebes (6) ist mit dem Abtriebsrad (5) mechanisch wirkverbunden. Die erste elektrische Maschine (12) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (6) zum Einstellen der Trittfrequenz der Pedalwelle (2) und die zweite elektrische Maschine (13) ist mit dem Abtrieb (10) des Überlagerungsgetriebes (6) zur Drehmomentunterstützung des Fahrers mechanisch wirkverbunden. Das Verfahren umfasst das Erfassen (I) einer Differenzdrehzahl am Freilauf (41), das Erkennen (II) eines Drehzahlanstiegs an der Pedalwelle (2) und daraufhin das generatorische Betreiben (IV) der zweiten elektrischen Maschine (13) zum Begrenzen des Drehzahlgradienten des Abtriebsrads (5).The present invention relates to a method for operating a drive device (1) for a human-powered vehicle. The drive device (1) has a pedal shaft (2) for absorbing a driver's muscle power, a superposition gear (6) designed as a planetary gear with an output (10), an output wheel (5) that can be mechanically connected to a wheel (42) of the human-powered vehicle via a freewheel (41), and a first (12) and a second electrical machine (13). The pedal shaft (2) is mechanically connected to the superposition gear (6) and the output (10) of the superposition gear (6) is mechanically connected to the output wheel (5). The first electrical machine (12) is mechanically connected to the superposition gear (6) for setting the cadence of the pedal shaft (2) and the second electrical machine (13) is mechanically connected to the output (10) of the superposition gear (6) for torque support for the driver. The method comprises detecting (I) a differential speed at the freewheel (41), detecting (II) a speed increase at the pedal shaft (2) and then operating (IV) the second electric machine (13) as a generator to limit the speed gradient of the output gear (5).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebseinrichtung mit einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um solch ein Verfahren auszuführen, und ein Fahrzeug mit einer derartigen Antriebseinrichtung.The present invention relates to a method for operating a drive device for a muscle-powered vehicle, in which a driving force for driving the vehicle is generated at least temporarily by a muscle power of a driver of the vehicle. The present invention further relates to a drive device with a control device that is set up to carry out such a method, and to a vehicle with such a drive device.
Aus der
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit Überlagerungsgetriebe für ein muskelbetriebenes Fahrzeug sowie eine solche Antriebseinrichtung für das muskelbetriebene Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein Fahrverhalten der Antriebseinrichtung für einen Fahrer nachgebildet werden kann, das dem Fahrverhalten einer rein mechanischen Gangschaltung entspricht.Based on the aforementioned prior art, the invention is based on the object of providing a method for operating a drive device with superposition gear for a muscle-powered vehicle and such a drive device for the muscle-powered vehicle, by means of which a driving behavior of the drive device can be simulated for a driver that corresponds to the driving behavior of a purely mechanical gearshift.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved by the subject matter having the features of the independent patent claims. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug. Bei dem muskelbetriebenen Fahrzeug kann es sich um ein Einspurfahrzeug, beispielsweise um ein Zweirad in der Form eines Pedelecs oder E-Bikes, handeln. Das muskelbetriebene Fahrzeug kann alternativ ein Mehrspurfahrzeug sein, beispielsweise ein Dreirad oder ein Fahrzeug mit vier Rädern. Das muskelbetriebene Fahrzeug kann auch eine andere Ausgestaltung aufweisen. Die Antriebseinrichtung weist eine Pedalwelle auf, an welcher Pedale angebracht sein können, um eine Muskelkraft eines Fahrers auf die Pedalwelle aufzubringen. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung ein Abtriebsrad, welches mit einem Rad des muskelbetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise einem Hinterrad, mechanisch wirkverbunden werden kann, um eine Antriebskraft von dem Abtriebsrad auf das zumindest eine Rad des Fahrzeugs zu dessen Antrieb zu übertragen. Bei dem Abtriebsrad kann es sich um ein Kettenrad, beispielsweise ein Kettenblatt, handeln. Das Abtriebsrad kann mittels eines Endlosumlaufelements, beispielsweise einer Kette, mit einem Rad des Fahrzeugs mechanisch gekoppelt sein. In dem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Abtriebsrad und dem angetriebenen Rad ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Freilauf vorgesehen, beispielsweise ein Nabenfreilauf. Der Freilauf ist sowohl mit dem angetriebenen Rad als auch mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. Die Antriebseinrichtung kann ferner ein Gehäuse aufweisen, in dem einige oder auch alle Komponenten der Antriebseinrichtung aufgenommen sein können. Das Gehäuse kann an dem Fahrzeug so montiert sein, dass das Gehäuse sich an dem Fahrzeug abstützt. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein stationäres Bauteil handeln, welches im Betrieb der Antriebseinrichtung nicht bewegt wird.The present invention relates to a method for operating a drive device for a muscle-powered vehicle. The muscle-powered vehicle can be a single-track vehicle, for example a two-wheeler in the form of a pedelec or e-bike. The muscle-powered vehicle can alternatively be a multi-track vehicle, for example a tricycle or a vehicle with four wheels. The muscle-powered vehicle can also have a different design. The drive device has a pedal shaft to which pedals can be attached in order to apply a driver's muscle power to the pedal shaft. The drive device also comprises an output gear which can be mechanically operatively connected to a wheel of the muscle-powered vehicle, for example a rear wheel, in order to transmit a drive force from the output gear to the at least one wheel of the vehicle to drive it. The output gear can be a chain wheel, for example a chainring. The output gear can be mechanically coupled to a wheel of the vehicle by means of an endless circulating element, for example a chain. In the present embodiment, a freewheel, for example a hub freewheel, is provided in the torque transmission path between the driven wheel and the driven wheel. The freewheel is mechanically operatively connected to both the driven wheel and the driven wheel. The drive device can also have a housing in which some or all of the components of the drive device can be accommodated. The housing can be mounted on the vehicle in such a way that the housing is supported on the vehicle. The housing can be a stationary component that is not moved during operation of the drive device.
Darüber hinaus weist die Antriebseinrichtung ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe mit einem Abtrieb auf. Bei dem Planetengetriebe kann es sich um einen Minus-Planetenradsatz handeln. Das Planetengetriebe kann ein Sonnenrad, ein Hohlrad und mindestens ein von einem Planetenträger gehaltenes Planetenrad aufweisen, welches sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad kämmt. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die jeweils einen Stator und einen Rotor aufweisen können. Der jeweilige Stator kann an einem Gehäuse der Antriebseinrichtung drehfest festgesetzt sein. Die elektrische Maschine kann mit einer nicht gezeigten Batterieeinrichtung elektrisch verbunden sein und von dieser mit elektrischer Energie versorgt werden.In addition, the drive device has a superposition gear designed as a planetary gear with an output. The planetary gear can be a minus planetary gear set. The planetary gear can have a sun gear, a ring gear and at least one planet gear held by a planet carrier, which meshes with both the ring gear and the sun gear. In addition, the drive device comprises a first and a second electrical machine, each of which can have a stator and a rotor. The respective stator can be fixed in a rotationally fixed manner to a housing of the drive device. The electrical machine can be electrically connected to a battery device (not shown) and can be supplied with electrical energy by this.
Die Pedalwelle ist mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden. In einer Ausführungsform wird die mechanische Wirkverbindung der Pedalwelle mit dem Überlagerungsgetriebe dahingehend bereitgestellt, dass ein Freilauf in dem Drehmomentübertragungspfad von der Pedalwelle zu dem Überlagerungsgetriebe angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Pedalwelle mit dem Überlagerungsgetriebe permanent drehfest verbunden. Der Abtrieb des Überlagerungsgetriebes ist ferner mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. Beispielsweise ist das Hohlrad des Überlagerungsgetriebes mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden, beispielsweise permanent drehfest verbunden. Darüber hinaus ist die erste elektrische Maschine mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden, beispielsweise über ein Vorübersetzungsgetriebe. Das Vorübersetzungsgetriebe kann einen oder mehrere Planetenradsätze aufweisen. Der oder die Planetenradsätze des Vorübersetzungsgetriebes können jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Die erste elektrische Maschine kann dem Einstellen der Trittfrequenz der Pedalwelle dienen. Die zweite elektrische Maschine ist mit Abtrieb des Überlagerungsgetriebes zur Drehmomentunterstützung des Fahrers mechanisch wirkverbunden.The pedal shaft is mechanically connected to the superposition gear, for example to the planet carrier of the superposition gear. In one embodiment, the mechanical The pedal shaft is operatively connected to the superposition gear in such a way that a freewheel is arranged in the torque transmission path from the pedal shaft to the superposition gear. In an alternative embodiment, the pedal shaft is permanently connected to the superposition gear in a rotationally fixed manner. The output of the superposition gear is also mechanically operatively connected to the output gear. For example, the ring gear of the superposition gear is mechanically operatively connected to the output gear, for example permanently connected in a rotationally fixed manner. In addition, the first electric machine is mechanically operatively connected to the superposition gear, for example to the sun gear of the superposition gear, for example via a pre-transmission gear. The pre-transmission gear can have one or more planetary gear sets. The planetary gear set or sets of the pre-transmission gear can each be designed as a minus planetary gear set. The first electric machine can be used to adjust the cadence of the pedal shaft. The second electric machine is mechanically operatively connected to the output of the superposition gear to provide torque support to the driver.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements in zumindest einer Bewegungsrichtung eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Die mechanische Wirkverbindung kann einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen der zwei Elemente entsprechen. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Stirnradstufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.If two elements are mechanically operatively connected, they are directly or indirectly coupled to one another in such a way that a movement of one element in at least one direction of movement causes a reaction in the other element. For example, a mechanical operative connection can be provided by a positive or frictional connection. The mechanical operative connection can correspond to a meshing of corresponding teeth of the two elements. Additional elements, such as one or more spur gear stages, can be provided between the elements. A permanently rotationally fixed connection between two elements, on the other hand, is understood to mean a connection in which the two elements are rigidly coupled to one another in all intended states of the transmission. The elements can be present as individual components that are rotationally fixed to one another or as one piece.
Zwischen zwei mechanisch wirkverbundenen Komponenten kann ein Freilauf vorgesehen sein, der bewirkt, dass eine Bewegung des einen Elements lediglich in eine Drehrichtung eine Reaktion des anderen Elements hervorruft, während bei einer Bewegung in einer entgegengesetzten Drehrichtung keine Reaktion des anderen Elements auftritt. Der Freilauf kann ein erstes und ein weiteres Element aufweisen, und so gestaltet sein, dass eine relative Drehung zwischen den Elementen des Freilaufs nur in einer ersten Richtung gestattet ist, während die Relativdrehung zwischen den Elementen in der zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung unterbunden wird. Zu diesem Zweck können Klinkenelemente, Verzahnungen oder Ähnliches vorgesehen sein, die optional gegeneinander verspannt sein können, um ineinander einzurasten. Der Aufbau des Freilaufs ist frei wählbar, solange die beschriebene Funktion des Freilaufs erfüllt wird.A freewheel can be provided between two mechanically connected components, which means that a movement of one element only in one direction of rotation causes a reaction in the other element, while a movement in an opposite direction of rotation does not result in any reaction from the other element. The freewheel can have a first and a further element and can be designed in such a way that a relative rotation between the elements of the freewheel is only permitted in a first direction, while the relative rotation between the elements in the direction opposite to the first direction is prevented. For this purpose, ratchet elements, gears or similar can be provided, which can optionally be braced against one another in order to engage with one another. The structure of the freewheel can be freely selected as long as the described function of the freewheel is fulfilled.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Erfassen einer Differenzdrehzahl am Freilauf zwischen Abtriebsrad und angetriebenen Rad des muskelbetriebenen Fahrzeugs. Hierfür kann auf innerhalb des Freilaufs vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Vorliegen einer Differenzdrehzahl dadurch festgestellt werden, dass sowohl die Drehzahl des Abtriebsrads als auch die Drehzahl des angetriebenen Rads, beispielsweise mittels einem oder mehreren Sensoren, erfasst werden. Dabei kann entweder lediglich das Vorliegen einer Differenzdrehzahl binär ermittelt werden oder aber auch darüber hinaus die Höhe einer vorhandenen Differenzdrehzahl bestimmt werden. Beim Fahrradfahren ist man eine mechanische Gangschaltung gewohnt (Kettenschaltung oder Nabenschaltung), bei der es einen passenden Gang für eine angenehme Tretfrequenz gibt. Hört man spontan auf zu treten, hebt der Freilauf in der Hinterradnabe ab, die Kette kommt zum Stillstand. Das Fahrrad kann mit etwa konstanter Geschwindigkeit rollen, wobei beim Wiederantreten sofort die richtige Getriebeübersetzung wirksam ist, wenn der geschaltete Gang nicht verändert wurde. In anderen Worten ist bei einer herkömmlichen mechanischen Gangschaltung auch beim Vorliegen einer Differenzdrehzahl am Freilauf beim Wiederantreten sofort die richtige Getriebeübersetzung wirksam.The method of the present invention includes detecting a differential speed on the freewheel between the driven wheel and the driven wheel of the human-powered vehicle. Sensors present within the freewheel can be used for this purpose. Alternatively or additionally, the presence of a differential speed can be determined by detecting both the speed of the driven wheel and the speed of the driven wheel, for example using one or more sensors. In this case, either only the presence of a differential speed can be determined in binary form or the level of an existing differential speed can also be determined. When cycling, one is used to a mechanical gear shift (derailleur gear or hub gear) with a suitable gear for a comfortable pedaling frequency. If one suddenly stops pedaling, the freewheel in the rear wheel hub lifts off and the chain comes to a standstill. The bicycle can roll at a roughly constant speed, and when starting again, the correct gear ratio is immediately effective if the gear selected has not been changed. In other words, with a conventional mechanical gear shift, even if there is a difference in speed on the freewheel, the correct gear ratio is immediately effective when you start again.
Bei einer Antriebseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es hingegen keine mechanischen Gänge, sondern die erste elektrische Maschine dient zur Einstellung der passenden Trittfrequenz. Typischerweise steigt dabei die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine mit der Fahrgeschwindigkeit betragsmäßig an. Hört der Fahrer bei einer derartigen Antriebseinrichtung jedoch auf zu treten, kommen normalerweise auch in der Antriebseinrichtung vorhandene elektrische Maschinen sowie die Kette zum Stillstand. Der Freilauf zwischen Abtriebsrad und angetriebenen Rad hebt demnach ab und weist eine Differenzdrehzahl zwischen dem angetriebenen Rad und dem Abtriebsrad auf. Fängt der Fahrer nun wieder an zu treten, muss die passende Drehzahl der elektrischen Maschinen erst wieder aufgebaut werden, was eine bestimmte Zeit benötigt, bis der Freilauf wieder greift. Während dieser Verzögerungszeit, also während der Freilauf eine Differenzdrehzahl aufweist, fehlt der Fahrwiderstand und es fühlt sich für den Fahrer so an, als ob er „ins Leere“ tritt, ohne ausreichend Gegendruck am Pedal zu spüren. Dies kann vom Fahrer als störend empfunden werden, da es nicht dem gewohnten Verhalten einer mechanischen Gangschaltung entspricht.In a drive device according to the present invention, however, there are no mechanical gears, but the first electric machine is used to set the appropriate pedal frequency. The speed of the first electric machine typically increases in magnitude with the driving speed. However, if the driver stops pedaling with such a drive device, the electric machines and the chain in the drive device normally also come to a standstill. The freewheel between the output gear and the driven gear therefore stops and has a differential speed between the driven gear and the output gear. If the driver now starts pedaling again, the appropriate speed of the electric machines must first be built up again, which takes a certain amount of time until the freewheel engages again. During this delay time, i.e. while the freewheel has a differential speed, there is no driving resistance and the driver feels as if he is pedaling "into the void" without feeling sufficient counterpressure on the pedal. The driver may find this annoying. found because it does not correspond to the usual behavior of a mechanical gear shift.
Das vorliegende Verfahren weist daher ferner das Erkennen eines Drehzahlanstiegs an der Pedalwelle aufgrund eines durch den Fahrer aufgebrachten Pedalmoments auf. In anderen Worten wird im Rahmen dieses Schritts erkannt, dass der Fahrer beginnt zu treten, während am Freilauf eine Differenzdrehzahl vorliegt. In solch einer Situation kann genau das oben beschriebene Problem auftreten, dass der Fahrer das Gefühl hat, „ins Leere“ zu treten, da die elektrischen Maschinen der Antriebseinrichtung eine gewisse Zeit benötigen, um das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung so zu beschleunigen, dass am Freilauf keine Differenzdrehzahl mehr vorliegt. Zur Verhinderung solch eines für den Fahrer nachteiligen Zustands wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben, um den Gradienten der Drehzahl des Abtriebsrads zu begrenzen. Hierdurch kann mit der zweiten elektrischen Maschine als Ersatz für den Fahrwiderstand ein Bremsmoment erzeugt werden, wodurch der Fahrer am Pedal nahezu verzögerungsfrei einen Gegendruck spürt, wie er es von einem konventionellen Fahrrad gewohnt ist. Im Ergebnis kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung demnach ein Fahrverhalten für den Fahrer nachgebildet werden, das dem Fahrverhalten einer mechanischen Gangschaltung entspricht.The present method therefore further comprises detecting an increase in the speed of the pedal shaft due to a pedal torque applied by the driver. In other words, this step detects that the driver begins to pedal while there is a difference in speed on the freewheel. In such a situation, the problem described above can occur, namely that the driver has the feeling of pedaling "into the void" because the electric machines of the drive device require a certain amount of time to accelerate the output gear of the drive device so that there is no longer a difference in speed on the freewheel. To prevent such a situation, which is disadvantageous for the driver, the second electric machine is operated as a generator in the present invention in order to limit the gradient of the speed of the output gear. As a result, the second electric machine can be used to generate a braking torque as a substitute for the driving resistance, whereby the driver feels a counterpressure on the pedal almost without delay, as he is used to on a conventional bicycle. As a result, the present invention can simulate a driving behavior for the driver that corresponds to the driving behavior of a mechanical gear shift.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Erfassen einer Differenzdrehzahl am Freilauf dabei das Erfassen eines Zustands, bei dem sich das mit dem Freilauf mechanisch wirkverbundene Rad dreht, während das mit dem Freilauf mechanisch wirkverbundene Abtriebsrad stillsteht. In anderen Worten wird das vorliegende Verfahren im Rahmen dieser Ausführungsform dann ausgeführt, wenn der Fahrer aufgehört hat zu pedalieren und demnach die Drehzahlen innerhalb der Antriebseinrichtung 0 betragen. Das Fahrrad rollt dennoch weiter, beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit. Gerade in solch einer Situation ist das vorliegende Verfahren vorteilhaft für den Fahrer, da die Höhe der Differenzdrehzahl am Freilauf besonders hoch sein kann, beispielsweise wenn das Fahrrad mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, beispielsweise größer 15 km/h, vor allem größer 20 km/h, und im Rahmen einer Ausführungsform größer 25 km/h, rollt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Erfassen einer Differenzdrehzahl am Freilauf jedoch auch das Erfassen eines Zustands umfassen, bei dem sich das mit dem Freilauf mechanisch wirkverbundene Abtriebsrad dreht, dessen Drehgeschwindigkeit jedoch geringer als die Drehgeschwindigkeit des mit dem Freilauf mechanisch wirkverbundenen Rades ist. Auch in einer derartigen Situation kann das vorliegende Verfahren zu einem für den Fahrer vorteilhaften Fahrgefühl führen.Within the scope of one embodiment, detecting a differential speed at the freewheel includes detecting a state in which the wheel mechanically connected to the freewheel is rotating while the output wheel mechanically connected to the freewheel is stationary. In other words, within the scope of this embodiment, the present method is carried out when the rider has stopped pedaling and the speeds within the drive device are therefore 0. The bicycle continues to roll, for example at a constant speed. It is precisely in such a situation that the present method is advantageous for the rider, since the level of the differential speed at the freewheel can be particularly high, for example when the bicycle is rolling at a relatively high speed, for example greater than 15 km/h, in particular greater than 20 km/h, and within the scope of one embodiment greater than 25 km/h. In an alternative embodiment, however, the detection of a differential speed on the freewheel can also include the detection of a state in which the output wheel mechanically connected to the freewheel rotates, but whose rotational speed is lower than the rotational speed of the wheel mechanically connected to the freewheel. Even in such a situation, the present method can lead to a driving experience that is advantageous for the driver.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Betreiben der ersten elektrischen Maschine zum Abstützen des Pedalmoments des Fahrers. Dabei kann die erste elektrische Maschine derart betrieben werden, dass sie bis zum Erreichen einer Soll-Trittfrequenz, also einer Soll-Drehzahl der Pedalwelle, das Pedalmoment des Fahrers lediglich abstützt und kein motorisches Moment derart aufbringt, dass die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine erhöht wird. Die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine kann demnach beispielsweise bis zum Erreichen der Soll-Trittfrequenz der Pedalwelle die Geschwindigkeit von 0 aufweisen.In one embodiment, the method includes operating the first electric machine to support the driver's pedal torque. The first electric machine can be operated in such a way that it only supports the driver's pedal torque until a target cadence, i.e. a target speed of the pedal shaft, is reached and does not apply a motor torque such that the speed of the first electric machine is increased. The speed of the first electric machine can therefore have a speed of 0, for example, until the target cadence of the pedal shaft is reached.
Weist die Pedalwelle hingegen die Soll-Drehzahl auf und wurde somit auf die Soll-Trittfrequenz beschleunigt, kann die erste elektrische Maschine anschließend derart betrieben werden, dass sie über das Aufbringen des Stützmoments zum Abstützen des Pedalmoments des Fahrers hinaus selbst auch ein motorisches Moment aufbringt, mit welchem sie auf eine Drehzahl betragsmäßig größer 0 beschleunigt wird. In anderen Worten kann im Rahmen dieser Ausführungsform die erste elektrische Maschine motorisch betrieben werden, um deren Drehzahl und damit auch die Drehzahl einer Komponente des Überlagerungsgetriebes, beispielsweise des Sonnenrads des Überlagerungsgetriebes, mit der die erste elektrische Maschine mechanisch wirkverbunden ist, zu erhöhen, um so eine Trittfrequenz der Pedalwelle konstant zu halten. Ein derartiges Verfahren kann auf Basis der Annahme erfolgen, dass das durch den Fahrer auf die Pedale aufgeprägte Pedalmoment konstant ist.If, however, the pedal shaft has the target speed and has thus been accelerated to the target cadence, the first electric machine can then be operated in such a way that, in addition to applying the support torque to support the driver's pedal torque, it also applies a motor torque itself, with which it is accelerated to a speed greater than 0. In other words, within the scope of this embodiment, the first electric machine can be operated as a motor in order to increase its speed and thus also the speed of a component of the superposition gear, for example the sun gear of the superposition gear, with which the first electric machine is mechanically operatively connected, in order to keep a cadence of the pedal shaft constant. Such a method can be carried out on the basis of the assumption that the pedal torque impressed on the pedals by the driver is constant.
Dabei kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung das generatorische Betreiben der zweiten elektrischen Maschine dann erfolgen, beispielsweise nur dann erfolgen, wenn die Pedalwelle eine konstante Soll-Trittfrequenz aufweist. In anderen Worten kann das generatorische Betreiben der zweiten elektrischen Maschine im Rahmen einer Ausführungsform nur dann erfolgen, wenn auch die erste elektrische Maschine nicht nur ein Pedalmoment abstützt, sondern selbst auch motorisch betrieben wird, um deren Drehzahl zu erhöhen. Die zweite elektrische Maschine kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei derart generatorisch betrieben werden, dass die für das Betreiben der Pedalwelle bei der Soll-Trittfrequenz erforderliche Erhöhung der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine einen vorbestimmten Gradienten nicht überschreitet.In the context of the present invention, the generator operation of the second electrical machine can take place, for example, only when the pedal shaft has a constant target cadence. In other words, in one embodiment, the generator operation of the second electrical machine can only take place when the first electrical machine not only supports a pedal torque, but is also itself operated as a motor in order to increase its speed. In the context of the present invention, the second electrical machine can be operated as a generator in such a way that the increase in the speed of the first electrical machine required to operate the pedal shaft at the target cadence does not exceed a predetermined gradient.
Beispielsweise wird die zweite elektrische Maschine derart generatorisch betrieben, dass der Drehzahlgradient des Abtriebsrads einen vorbestimmten Gradienten nicht überschreitet. Dies hat zur Folge, dass der Drehzahlgradient der ersten elektrischen Maschine einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Der vorbestimmte Wert des Gradienten der Abtriebsdrehzahl kann dabei derart ausgewählt werden, dass der sich hieraus ergebende vorbestimmte Wert des Gradienten der ersten elektrischen Maschine einem Wert entspricht, für welchen die erste elektrische Maschine ausgelegt ist. In anderen Worten kann im Rahmen einer Ausführungsform die zweite elektrische Maschine derart generatorisch betrieben werden, dass sich ein Gradient bei der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine einstellt, welcher durch die erste elektrische Maschine derart bereitgestellt werden kann, dass diese dabei noch ausreichend das Pedalmoment des Fahrers abstützt, ohne dass dieser das Gefühl hat, „ins Leere“ zu treten. So kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass das Fahrgefühl eines Fahrers jenem einer herkömmlichen mechanischen Schaltung entspricht.For example, the second electric machine is operated as a generator in such a way that the speed gradient of the output gear reaches a predetermined does not exceed a certain gradient. This means that the speed gradient of the first electrical machine does not exceed a predetermined value. The predetermined value of the gradient of the output speed can be selected such that the resulting predetermined value of the gradient of the first electrical machine corresponds to a value for which the first electrical machine is designed. In other words, within the scope of one embodiment, the second electrical machine can be operated as a generator in such a way that a gradient is established in the speed of the first electrical machine, which gradient can be provided by the first electrical machine in such a way that it still sufficiently supports the driver's pedal torque without the driver having the feeling of "pedaling into the void". In this way, it can be easily ensured that the driver's driving experience corresponds to that of a conventional mechanical gearshift.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Erfassen einer Differenzdrehzahl am Freilauf das Ermitteln einer Differenzdrehzahlhöhe. Wird im Rahmen dieses Schritts erfasst, dass eine Synchrondrehzahl vorliegt, kann das Verfahren beendet werden. Wird hingegen erfasst, dass sich die Differenzdrehzahl am Freilauf kurz vor der Synchrondrehzahl befindet, kann im Rahmen dieser Ausführungsform das durch das generatorische Betreiben der zweiten elektrischen Maschine erzeugte Bremsmoment erhöht werden. So kann im Rahmen dieser Ausführungsform sichergestellt werden, dass der Synchronpunkt des Freilaufs sanfter und akustisch weniger auffällig erreicht wird.In one embodiment, detecting a differential speed on the freewheel includes determining a differential speed level. If it is detected in this step that a synchronous speed is present, the method can be ended. If, however, it is detected that the differential speed on the freewheel is just before the synchronous speed, the braking torque generated by the generator operation of the second electric machine can be increased in this embodiment. In this embodiment, it can thus be ensured that the synchronous point of the freewheel is reached more gently and with less acoustical noise.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug. Die Antriebseinrichtung weist eine Pedalwelle zur Aufnahme einer Muskelkraft, ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe mit einem Abtrieb, ein Abtriebsrad, eine erste und eine zweite elektrische Maschine sowie eine Steuereinrichtung auf. Die Pedalwelle ist mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbunden. Der Abtrieb des Überlagerungsgetriebes ist mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. Die erste elektrische Maschine ist mit dem Überlagerungsgetriebe zum Einstellen einer Trittfrequenz mechanisch wirkverbunden. Die zweite elektrische Maschine ist mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes zur Drehmomentunterstützung des Fahrers mechanisch wirkverbunden. Die Steuereinrichtung ist mit der ersten und zweiten elektrischen Maschine verbunden und eingerichtet, um das Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.The present invention further relates to a drive device for a human-powered vehicle. The drive device has a pedal shaft for absorbing muscle power, a superposition gear designed as a planetary gear with an output, an output gear, a first and a second electric machine and a control device. The pedal shaft is mechanically operatively connected to the superposition gear. The output of the superposition gear is mechanically operatively connected to the output gear. The first electric machine is mechanically operatively connected to the superposition gear for setting a cadence. The second electric machine is mechanically operatively connected to the output of the superposition gear for torque support of the driver. The control device is connected to the first and second electric machine and set up to carry out the method according to one of the previously described embodiments.
Hierfür kann die Steuereinrichtung ein oder mehrere Schnittstellen aufweisen, über welche sie mit den elektrischen Maschinen verbunden ist. Die eine oder mehreren Schnittstellen können als Ein- und/oder Ausgabeschnittstelle ausgebildet sein, um die elektrische Maschine zu steuern. Die Steuereinrichtung kann in einem Gehäuse der Antriebseinrichtung und/oder außerhalb eines Gehäuses der Antriebseinrichtung vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung kann einen oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen, die eingerichtet, also spezifisch programmiert, sein können, um das Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Vorteile der einzelnen Merkmale der Antriebseinrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung verwiesen.For this purpose, the control device can have one or more interfaces via which it is connected to the electrical machines. The one or more interfaces can be designed as input and/or output interfaces in order to control the electrical machine. The control device can be provided in a housing of the drive device and/or outside a housing of the drive device. The control device can have one or more microprocessors that can be set up, i.e. specifically programmed, to carry out the method according to one of the previously described embodiments. With regard to the design and advantages of the individual features of the drive device, reference is made to the above statements in connection with the method for operating the drive device.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist die Pedalwelle mit einem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden, beispielsweise über einen Freilauf. Die erste elektrische Maschine kann mit einem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise über ein als Planetengetriebe ausgebildetes Vorübersetzungsgetriebe. Die zweite elektrische Maschine kann mit dem Abtriebsrad und mit einem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise über ein Stirnradgetriebe. Die erste elektrische Maschine kann koaxial zur Pedalwelle und die zweite elektrische Maschine kann achsparallel beabstandet zur Pedalwelle angeordnet sein.In one embodiment, the pedal shaft is mechanically operatively connected to a planet carrier of the superposition gear, for example via a freewheel. The first electric machine can be mechanically operatively connected to a sun gear of the superposition gear, for example via a pre-transmission gear designed as a planetary gear. The second electric machine can be mechanically operatively connected to the output gear and to a ring gear of the superposition gear, for example via a spur gear. The first electric machine can be arranged coaxially to the pedal shaft and the second electric machine can be arranged axially parallel and spaced apart from the pedal shaft.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern und einer Antriebseinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung ist über ein Kraftübertragungselement und einen Freilauf, beispielsweise einen Nabenfreilauf, mit einem der Räder zum Antrieb des Fahrzeugs gekoppelt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Zweirad, beispielsweise ein Pedelec oder E-Bike, handeln, wie oben ausgeführt. Hinsichtlich des Verständnisses und der Vorteile der einzelnen Merkmale wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinrichtung verwiesen.
-
1 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinrichtung aus1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 zeigt Drehzahlverläufe von unterschiedlichen Komponenten der Antriebseinrichtung aus1 beim Ausführen des Verfahrens aus2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt Drehzahlverläufe von unterschiedlichen Komponenten der Antriebseinrichtung aus1 beim Ausführen des Verfahrens aus2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 shows a drive device for a human-powered vehicle according to an embodiment of the present invention. -
2 shows a schematic flow chart of a method for operating the drive device from1 according to an embodiment of the present invention. -
3 shows speed curves of different components of the drive system1 when executing theprocedure 2 according to an embodiment of the present invention. -
4 shows speed curves of different components of the drive system1 when executing theprocedure 2 according to another embodiment of the present invention.
Die Antriebseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe 6 auf, das koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe 6 umfasst ein Sonnenrad 7, einen Planetenträger 8, auf dem Planetenräder 9 drehbar gelagert sind, und ein Hohlrad 10. Das Hohlrad 10 bildet in der vorliegenden Ausführungsform einen Abtrieb des Überlagerungsgetriebes 6 aus. Die Pedalwelle 2 ist mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die mechanische Wirkverbindung über einen Freilauf 11. Das Abtriebsrad 5 ist mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 permanent drehfest verbunden. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung 1 eine erste elektrische Maschine 12 und eine zweite elektrische Maschine 13. Die erste elektrische Maschine 12 umfasst einen Stator 14 sowie einen Rotor 15. Die zweite elektrische Maschine 13 umfasst ebenfalls einen Stator 16 sowie einen Rotor 17. Die erste elektrische Maschine 12 ist koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet, während die zweite elektrische Maschine 13 achsparallel beabstandet zur Pedalwelle 2 angeordnet ist. Dabei sind die Statoren 14 und 16 der ersten 12 beziehungsweise zweiten elektrischen Maschine 13 jeweils am Gehäuse 3 permanent drehfest festgesetzt. Die Rotoren 15 beziehungsweise 17 der ersten 12 beziehungsweise zweiten elektrischen Maschine 13 sind jeweils koaxial zu den Statoren 14 beziehungsweise 16 und drehbar innerhalb derselben vorgesehen.The drive device 1 according to the present embodiment has a
Der Rotor 15 der ersten elektrischen Maschine 12 ist mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 in der vorliegenden Ausführungsform über ein Vorübersetzungsgetriebe 18 mechanisch wirkverbunden. Das Vorübersetzungsgetriebe 18 weist in der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Planetenradsatz 19 und einen zweiten Planetenradsatz 20 auf. Die Planetenradsätze 19 und 20 weisen jeweils ein Sonnenrad 21 beziehungsweise 22, einen Planetenträger 23 beziehungsweise 24 mit einem darauf jeweils drehbar gelagerten Planetenrad 25 beziehungsweise 26 sowie ein Hohlrad 27 beziehungsweise 28 auf. Die Hohlräder 27 beziehungsweise 28 des ersten 19 beziehungsweise zweiten Planetenradsatzes 20 des Vorübersetzungsgetriebes 18 sind jeweils permanent drehfest am Gehäuse 3 festgesetzt. Der Planetenträger 23 des ersten Planetenradsatzes 19 des Vorübersetzungsgetriebes 18 ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden. Das Sonnenrad 21 des ersten Planetenradsatzes 19 des Vorübersetzungsgetriebes 18 ist permanent drehfest mit dem Planetenträger 24 des zweiten Planetenradsatzes 20 des Vorübersetzungsgetriebes 18 verbunden. Das Sonnenrad 22 des zweiten Planetenradsatzes 20 des Vorübersetzungsgetriebes 18 ist permanent drehfest mit dem Rotor 15 der ersten elektrischen Maschine 12 verbunden.The
Der Rotor 17 der zweiten elektrischen Maschine 13 ist über eine Vorübersetzung 29 und ein Stirnradgetriebe 30 mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. Die Vorübersetzung 29 ist dabei in der vorliegenden Ausführungsform als Planetenradsatz ausgebildet, der ein Sonnenrad 31, einen Planetenträger 32 mit einem darauf drehbar gelagerten Planetenrad 33 sowie ein Hohlrad 34 aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Hohlrad 34 permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt und das Sonnenrad 31 permanent drehfest mit dem Rotor 17 der zweiten elektrischen Maschine 13 verbunden. Der Planetenträger 32 der Vorübersetzung 29 ist über das Stirnradgetriebe 30 mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 beziehungsweise dem Antriebsrad 5 mechanisch wirkverbunden.The
Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 1 eine Steuereinrichtung 40 zum Steuern der ersten 12 beziehungsweise zweiten elektrischen Maschine 13. Hierfür sind die elektrischen Maschinen 12 beziehungsweise 13 mit der Steuereinrichtung 40 jeweils über eine geeignete Schnittstelle verbunden. Die Steuereinrichtung 40 umfasst einen Mikroprozessor, der eingerichtet ist, um das im Folgenden unter Bezugnahme auf
Ausgangspunkt für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Zustand, bei dem das Fahrrad mit der Antriebseinrichtung 1 mit konstanter Geschwindigkeit, beispielsweise mit 25 km/h, rollt, beispielsweise leicht bergab rollt. Alle Drehzahlen in der Antriebseinrichtung 1 sind 0, da der Fahrer aufgehört hat zu treten und demnach kein Pedalmoment über die Pedale 4 auf die Pedalwelle 2 aufbringt. Ein derartiger Zustand ist in
In einem ersten Schritt I des in
Bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl am Freilauf 41 wird daraufhin die Drehzahl nK der Pedalwelle 2 überwacht. In einem Schritt II wird erkannt, wenn ein Fahrer zu treten beginnt und damit ein Pedalmoment über die Pedale 4 auf die Pedalwelle 2 aufprägt. Dies führt zu einem Anstieg der Drehzahl nK der Pedalwelle 2, wie in
Bei Erkennen eines Drehzahlanstiegs an der Pedalwelle 2 im Schritt II wird anschließend die erste elektrische Maschine 12 über die Steuereinrichtung 40 in einem Schritt III derart betrieben, dass die erste elektrische Maschine 12 das Pedalmoment des Fahrers, welches über die Pedale 4 auf die Pedalwelle 2 aufgeprägt wird, abstützt. Durch ein derartiges Ansteuern der ersten elektrischen Maschine 12 über die Steuereinrichtung 40 wird verhindert, dass sich die erste elektrische Maschine 12 auf Grund des durch den Fahrer aufgebrachten Moments zu drehen beginnt. Vor allem wird derart verhindert, dass die erste elektrische Maschine 12 beginnt, sich in Vorwärtsrichtung zu drehen, was zur Folge hätte, dass sich die Drehgeschwindigkeit nA des Abtriebsrads 5 nicht erhöhen würde. Solch ein unerwünschtes Vorwärtsdrehen der ersten elektrischen Maschine 12 kann alternativ auch verhindert werden, indem ein in
Durch das Abstützen des Drehmoments des Fahrers, welches auf die Pedalwelle 2 aufgeprägt wird, durch die erste elektrische Maschine 12 entsteht am Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 jedoch ein Drehmoment, welches das Abtriebsrad 5 beziehungsweise die zweite elektrische Maschine 13 beschleunigt. Daher nimmt die Drehzahl nA des Abtriebsrads 5 zu. Die Massenträgheit der zweiten elektrischen Maschine 13 stützt das auf die Pedalwelle 2 aufgebrachte Pedalmoment dabei automatisch ab. Die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine 13 nimmt in diesem Zusammenhang entsprechend der sogenannten „Willis-Gleichung“ am Planetensatz 6 derart zu, dass die Drehzahl nA des Abtriebsrads 5 stärker als die Drehzahl nK der Pedalwelle 2 ansteigt. Dies ist in
Beim Zeitpunkt t2 hat der Fahrer eine vordefinierte Soll-Trittfrequenz erreicht, die sodann als konstant angenommen wird. Der Gradient der Drehzahl nK der Pedalwelle 2 ist zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 recht hoch, wobei die Soll-Trittfrequenz dabei beispielsweise bereits in etwa nur einer viertel Pedalumdrehung erreicht werden kann. Noch höher als der Gradient der Drehzahl nK der Pedalwelle 2 ist hingegen der Gradient der Drehzahl nA des Abtriebsrads 5 aufgrund der sogenannten Willis-Gleichung, welche den kinematischen Zusammenhang an dem als Planetenradsatz ausgebildeten Überlagerungsgetriebe 6 beschreibt.At time t2, the rider has reached a predefined target cadence, which is then assumed to be constant. The gradient of the speed nK of the
Ab dem Zeitpunkt t2 würde die Drehzahl nK der Pedalwelle 2 weiter zunehmen, was aber nicht gewünscht ist. Um die Kurbeldrehzahl nK konstant zu halten, wird daher in Schritt III die erste elektrische Maschine 12 durch die Steuereinrichtung 40 derart angesteuert, dass diese zusätzlich zum Abstützmoment noch ein motorisches Moment aufbringt, um die eigene Trägheitsmasse zu beschleunigen. Wie in
Wie in
Um dem entgegenzuwirken, wird in einem Schritt IV die zweite elektrische Maschine 13 über die Steuereinrichtung 40 generatorisch betrieben, also in einen bremsenden Zustand versetzt. Hierdurch wird der Gradient der Drehzahl nA des Abtriebsrads 5 und dadurch auch der Gradient der Drehzahl nS des Sonnenrads 7 des Überlagerungsgetriebes 6 auf einen vorbestimmten Grenzwert bestimmt. So kann sichergestellt werden, dass der Gradient der Drehzahl nS des Sonnenrads 7 und damit auch der Gradient der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 12 einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet und die erste elektrische Maschine 12 demnach zu allen Zeitpunkten in der Lage ist, ein Pedalmoment des Fahrers abzustützen. So kann für den Fahrer zu allen Zeitpunkten ein gutes Fahrgefühl sichergestellt werden.To counteract this, in a step IV the second
Die zweite elektrische Maschine 13 bildet auf diese Weise den Fahrwiderstand des Fahrers nach, solange der Freilauf 41 am Hinterrad noch offen ist. Zu wenig Massenträgheitsmoment von der zweiten elektrischen Maschine 13 würde ein simuliertes Fahren mit zu geringem Gewicht bedeuten, das mit wenig Pedalkraft sehr schnell beschleunigt würde. Durch ein zusätzliches generatorisches Bremsmoment von der zweiten elektrischen Maschine 13 kann hingegen ein realistischerer Fahrwiderstand nachgebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer schon direkt nach Erreichen der Soll-Trittfrequenz, also einer avisierten Drehzahl nK der Pedalwelle 2, ein normales Fahrgefühl hat, obwohl der Freilauf 41 noch offen ist.In this way, the second
In einem Folgeschritt V wird nun überprüft, ob der Freilauf 41 noch eine Differenzdrehzahl aufweist, und wenn ja, wie hoch diese ist. Sollte lediglich nur noch eine geringe Differenzdrehzahl vorliegen, sich der Freilauf 41 also beinahe in Synchrondrehzahl befinden, kann, wie in
BezugszeichenReference symbols
- 11
- AntriebseinrichtungDrive system
- 22
- PedalwellePedal shaft
- 33
- GehäuseHousing
- 44
- PedalePedals
- 55
- AbtriebsradOutput gear
- 66
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- 7, 21 ,22, 317, 21 ,22, 31
- SonnenradSun gear
- 8, 23, 24, 328, 23, 24, 32
- PlanetenträgerPlanet carrier
- 9, 25, 26, 339, 25, 26, 33
- PlanetenradPlanetary gear
- 10, 27, 28, 3410, 27, 28, 34
- HohlradRing gear
- 1111
- FreilaufFreewheel
- 12, 1312, 13
- elektrische Maschineelectric machine
- 14, 1614, 16
- Statorstator
- 15, 1715, 17
- Rotorrotor
- 1818
- VorübersetzungsgetriebePre-transmission gearbox
- 19, 2019, 20
- PlanetenradsatzPlanetary gear set
- 2929
- VorübersetzungPre-translation
- 3030
- StirnradgetriebeSpur gear
- 4040
- SteuereinrichtungControl device
- 4141
- NabenfreilaufHub freewheel
- 4242
- HinterradRear wheel
- 4343
- Sensorsensor
- II
- Erfassen Differenzdrehzahl FreilaufDetecting differential speed freewheel
- IIII
- Erkennen Drehzahlanstieg PedalwelleDetect speed increase pedal shaft
- IIIIII
- Betreiben erste elektrische MaschineOperate first electric machine
- IVIV
- Betreiben zweite elektrische MaschineOperating second electrical machine
- VV
- Erhöhen generatorisches Moment zweite MaschineIncrease regenerative torque of second machine
- nRNo
- Drehzahl HinterradRear wheel speed
- nAn/a
- Drehzahl AbtriebsradOutput gear speed
- nKnK
- Drehzahl PedalwellePedal shaft speed
- nSnS
- Drehzahl SonnenradSun gear speed
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102023200388.0A DE102023200388B3 (en) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102023200388.0A DE102023200388B3 (en) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102023200388B3 true DE102023200388B3 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=90628511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102023200388.0A Active DE102023200388B3 (en) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102023200388B3 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9855994B2 (en) | 2015-07-01 | 2018-01-02 | GM Global Technology Operations LLC | Electric bike powertrain compound planetary gear set and ring gear pedal torque reaction measurement |
DE102017219607A1 (en) | 2017-11-06 | 2019-05-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive arrangement of a pedelec |
WO2020260772A1 (en) | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Revonte Oy | Power unit and method |
DE102020212905B3 (en) | 2020-10-13 | 2021-11-18 | KILLWATT GmbH | Drive unit for a means of transport that can be driven simultaneously from human muscle power and drive energy provided by an electric motor |
DE102020209373A1 (en) | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling a bicycle drive device, bicycle drive device and bicycle |
-
2023
- 2023-01-19 DE DE102023200388.0A patent/DE102023200388B3/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9855994B2 (en) | 2015-07-01 | 2018-01-02 | GM Global Technology Operations LLC | Electric bike powertrain compound planetary gear set and ring gear pedal torque reaction measurement |
DE102017219607A1 (en) | 2017-11-06 | 2019-05-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive arrangement of a pedelec |
WO2020260772A1 (en) | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Revonte Oy | Power unit and method |
DE102020209373A1 (en) | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling a bicycle drive device, bicycle drive device and bicycle |
DE102020212905B3 (en) | 2020-10-13 | 2021-11-18 | KILLWATT GmbH | Drive unit for a means of transport that can be driven simultaneously from human muscle power and drive energy provided by an electric motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3486154B1 (en) | Hybrid drive for an electric bicycle | |
EP3247619B1 (en) | Drive assembly for a manually driven vehicle with an electric auxiliary drive, method for regulating a drive assembly of this type, and use | |
EP2376324B1 (en) | Hybrid bicycle drive | |
DE102016113871B4 (en) | product | |
EP0500821B1 (en) | Planetary-gear train for hybrid-drive vehicles | |
WO2015007261A1 (en) | Electric drive system for a vehicle driven by muscle power | |
DE102017219607A1 (en) | Drive arrangement of a pedelec | |
EP2847066B1 (en) | Vehicle, especially bicycle, with electrical motor assistance | |
EP4185514A1 (en) | Method for controlling a drive device of a bicycle, drive device for a bicycle, and bicycle | |
DE102022205263B3 (en) | Propulsion device for a human-powered vehicle and micro-mobility vehicle with this propulsion device | |
DE4027365A1 (en) | Bicycle with auxiliary electric drive motor - has overrun coupling between pedals and chain wheel for bicycle chain | |
DE102021211737B3 (en) | Bottom bracket drive, bicycle bottom bracket, electric bicycle and method for driving the electric bicycle | |
DE102019214583B4 (en) | Bottom bracket drive, bicycle bottom bracket and bicycle | |
DE102020202996A1 (en) | Drive device for a bicycle and bicycle and method for operating the same | |
DE102023200388B3 (en) | Method for operating a drive device and drive device for a muscle-powered vehicle and muscle-powered vehicle | |
DE102016113870A1 (en) | Electric bicycle with central drive via a drive train with overrun operation by planetary gear and pinion with stepped planetary gears | |
DE102019105757B3 (en) | Muscle-powered vehicle and method for regulating the recuperation power of such a vehicle | |
EP2862789B1 (en) | Control unit for use in a means of locomotion which can be driven by a driver | |
DE102023200342B3 (en) | Drive device for a vehicle and vehicle with this drive device | |
DE102022213149B3 (en) | Control method of a drive device for a vehicle that is operated at least temporarily by muscle power and control device for carrying out the control method | |
EP3480100B1 (en) | Method for play compensation of a drive unit, control device and vehicle with said control device | |
DE102023200093B3 (en) | System and method for detecting a traction mechanism malfunction on an electric bicycle and electric bicycle | |
DE102022204271B3 (en) | Drive device for a bicycle, method for controlling the drive device, control device and bicycle | |
DE102022210892B4 (en) | Drive device for a muscle-powered vehicle and vehicle with this drive device | |
DE102022211693B3 (en) | Method for controlling a drive device for a human-powered vehicle, control device and bicycle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |