DE19630553A1 - Beschleunigungsabhängige Ansteuerung für einen Elektromotor - Google Patents
Beschleunigungsabhängige Ansteuerung für einen ElektromotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerung für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 und die Verwendung dieser Ansteuerung.
In der DE 40 11 064 A1 wird ein Steuerelement z. B. für Elektrofahrzeuge beschrieben, welches
manuell über ein Potentiometer bedient wird und die Möglichkeit der autonomen Regelung nicht
aufweist.
Weiterhin ist aus DE 41 33 622 A1 eine Drehzahlerfassung bei Antriebsanordnungen bekannt,
die jedoch die Drehzahlen verschiedener Antriebe vergleicht. Im hier gegebenen Fall kommt es
nicht auf die Erfassung der Drehzahl an, sondern es ist der Verlauf des Drehmomentes während
jeweils einer Umdrehung des steuernden Antriebs zu ermitteln und auszuwerten.
Des weiteren sind Lösungen bekannt, die das Überschreiten eines Grenzwertes der
Beschleunigung auswerten und z. B. Sicherungsmaßnahmen auslösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung für einen Elektroantrieb derart
weiter zu entwickeln, daß niedrige Kosten, eine ausreichende Genauigkeit und hohe Robustheit
erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 oder 5 wiedergegebene Erfindung gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Ansteuerung des Elektroantriebs einen Beschleunigungssensor auf,
der sich im bewegten Teil des elektrischen Antriebssystems befindet. Dessen Ausgangssignal
trägt in der Ansteuerelektronik dazu bei, den gewünschten Sollwert für die Stellgröße des
Antriebssystems zu ermitteln. Die Stellgröße ist vorzugsweise ein Wert für die Leistung, das
Drehmoment oder die Drehzahl. Bei der Bestimmung diesr Regelgröße wird vorzugsweise das
Ausgangssignal des Beschleunigungssensors mit einer in der Elektronik abgespeicherten
Kennlinien verglichen. Bei der Auswertung dieses Vergleiches können auch weitere Ein
flußfaktoren wie Temperaturen, aktueller Geschwindigkeits- und Leistungswert, Horizontal
lage, etc. berücksichtigt werden.
Die Erfindung kann vorteilhaft in einem Fahrradantriebssystem verwendet werden. Anhand dieses
in Fig. 1 schematisch dargestellten Beispiels wird sie im Folgenden beschrieben.
Der Elektroantrieb des Fahrrades (M) soll möglichst exakt die gleiche Leistung (Y) zur
Fortbewegung beitragen, wie es durch die eingeleitete Muskelleistung (X) des Fahrradfahrers
über den Pedalantrieb (PA) der Fall ist. Hierzu sind in konventionellen Systemen aufwendige
Meßvorrichtungen für Kraftsensoren üblich.
Dagegen zeichnet die Erfindung durch einen im oder am Motor (M) untergebrachten
Beschleunigungssensor (BS) aus. Dieser gibt eine Spannung entsprechend der positiven oder
negativen Beschleunigung ab, die sich durch das schwankende Drehmoment an den Pedalen (TK)
und das Drehmoment des Motors (M) oder durch andere Einflüsse, wie das Bremsen ergibt. Je
höher die Pedalkraft bzw. die Leistung des Radfahrers ist, umso größer sind die Schwankungen
zwischen vertikaler und horizontaler Stellung der Tretkurbeln. Die Amplitude und Frequenz
dieser Schwankung mit den zusätzlichen Einflüssen werden von der Regelelektronik (RE) erfaßt
und ausgewertet, wobei die Absolutwerte mit im System abgelegten Kennlinien verglichen
werden. Ergebnis dieser durch entsprechende Programmierung beliebig intelligent und
komfortabel ausführbaren Regelung ist eine Drehmomentvorgabe (Z) an den Elektromotor des
Fahrrades. Dieser gibt ein während einer Periode gleichbleibendes oder nur stetig sich
änderndes Moment mit einer wesentlich höheren Grundfrequenz ab. Der geringe Einfluß dieses
Momentes kann bei der Simulationsrechnung der Ansteuerelektronik durch eine Rückführung
des Ansteuersignals Y ebenfalls berücksichtigt werden, so daß das Signal des Beschleunigungs
sensors bzgl. dieser Einflußgröße bereinigt wird. Die Beschleunigung wird jeweils für zwei Halbe
Pedalumdrehung durch eine Vielzahl von Meßwerten zur Auswertung erfaßt, da meist größere
Unterschiede zwischen der eingeleiteten Muskelkraft des linken und des rechten Beines bestehen.
Neben den Absolutwerten und Differenzwerten wertet die Elektronik auch den Verlauf in jeweils
zwei Halbperioden aus, und kann anhand charakteristischer Verläufe den sich ändernden
Fahrwiderstand (F) ebenfalls ermitteln und in die Berechnung einfließen lassen.
Die relativ aufwendige Programmierung verteuert die Ansteuerung nur unwesentlich, während
ein Beschleunigungssensor erheblich preisgünstiger und zuverlässiger ist als eine in eine spezielle
Vorrichtung integrierter Kraftsensor.
Claims (7)
1. Ansteuerung für einen Elektromotor, der ein sich fortbewegendes Teil antreibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung einen mit dem Teil bewegten
Beschleunigungssensor aufweist, dessen Ausgangssignal in der Ansteuerung zur Ermittlung
eines Sollwertes für eine Stellgröße ausgewertet wird.
2. Ansteuerung für einen Elektromotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors
mit in der Ansteuerelektronik abgelegten Kennlinien vergleicht und daraus die Vorgabe des
Sollwertes berechnet.
3. Ansteuerung für einen Elektromotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des Sollwertes über die Schwankung der
Beschleunigung der Einfluß einer äußeren Energiezufuhr auf das Antriebssystem bestimmt
wird.
4. Ansteuerung für einen Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Schwankungsbreite des Beschleunigungssignals
berechnete Sollwert durch weitere Regelgrößen korrigiert wird, wobei diese Korrekturgrößen
durch Rückführung der aktuellen Motorwerte und/oder durch weitere Sensoren erzeugt
werden.
5. Verwendung einer Ansteuerung für einen Elektromotor, der ein sich bewegendes Teil antreibt,
wobei die Ansteuerung einen mit dem Teil bewegten Beschleunigungssensor aufweist, dessen
Ausgangssignal in der Ansteuerung zur Ermittlung eines Sollwertes für eine Stellgröße
ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung in einem Fahrrad mit elektrischem
Zusatzantrieb untergebracht ist.
6. Auswertung der eingeleiteten Muskeltretleistung in einer Ansteuerung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Halbperioden ausgewertet werden.
7. Verwendung einer Ansteuerung für einen Elektromotor, der ein sich bewegendes Teil antreibt,
wobei die Ansteuerung einen mit dem Teil bewegten Beschleunigungssensor aufweist, dessen
Ausgangssignal in der Ansteuerung zur Ermittlung eines Sollwertes für eine Stellgröße
ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung in einem System mit zwei Elektromotoren
verwendet wird, wobei ein Motor (Master) fremdgesteuert ist und der zweite Motor (Slave)
erfindungsgemäß betrieben wird.
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