DE19630553A1 - Beschleunigungsabhängige Ansteuerung für einen Elektromotor - Google Patents

Beschleunigungsabhängige Ansteuerung für einen Elektromotor

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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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