EP4519153A1 - Verfahren zur regelung einer drehmomentunterstützung einer antriebseinheit eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur regelung einer drehmomentunterstützung einer antriebseinheit eines fahrzeugs

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Publication number
EP4519153A1
EP4519153A1 EP23722855.6A EP23722855A EP4519153A1 EP 4519153 A1 EP4519153 A1 EP 4519153A1 EP 23722855 A EP23722855 A EP 23722855A EP 4519153 A1 EP4519153 A1 EP 4519153A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
torque
system model
support
pedaling torque
Prior art date
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Pending
Application number
EP23722855.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Merlin Martin MANEWALD
Joseph Reck
Daniel Baumgaertner
Daniel Gronbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4519153A1 publication Critical patent/EP4519153A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling torque support of a drive unit of a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, a Pedelec or the like.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, Pedelec or the like, with a drive unit, the drive unit being designed to increase a pedaling torque through controlled torque support.
  • a vehicle in particular a single-track vehicle such as an eBike, Pedelec or the like, with a drive unit, the drive unit being designed to increase a pedaling torque through controlled torque support.
  • EBikes can provide torque assistance to a rider to increase pedaling torque of the rider, for example when traveling up an incline.
  • a suitable system model which forms the basis for determining the size of the torque support, external disruptive effects such as wind or an incline can be compensated for by the torque support.
  • the calculation of the disruptive effects is slow because the necessary speeds and/or accelerations can only be determined with a delay. For example, if a driver suddenly notices an increased speed torque is required, for example if it is at the beginning of an incline, the torque support initially provides too low a torque. This impairs the driving experience for the driver.
  • the present invention provides a method for controlling torque support of a drive unit of a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, wherein the torque support is based on a portion of a system model and a portion of an amplification of a pedaling torque provided by a driver by a support factor based, wherein the support factor is determined, in particular progressively, depending on the pedaling torque and wherein the system model is based at least on a speed and / or acceleration of the vehicle and a compensation of disturbance variables, in particular a gradient, a mass inertia and a frictional resistance.
  • mass inertia plays a particular role when using the method for controlling torque support of a drive unit of a cargo bicycle. Due to the sometimes high payload, inertia plays a special role.
  • the present invention provides a vehicle, in particular a single-track vehicle such as an eBike, with a drive unit, wherein the drive unit is designed to amplify a pedaling torque through controlled torque support, the torque support being based on a proportion of a system model and a proportion an amplification of the pedaling torque provided by a driver by a support factor, wherein the support factor is determined depending on the pedaling torque and wherein the system model is based at least on a speed and / or acceleration of the vehicle and a compensation of disturbance variables, in particular a gradient, a mass inertia and a frictional resistance , based.
  • the drive unit is designed to amplify a pedaling torque through controlled torque support, the torque support being based on a proportion of a system model and a proportion an amplification of the pedaling torque provided by a driver by a support factor, wherein the support factor is determined depending on the pedaling torque and wherein the system model is based at least on a speed and / or acceleration
  • the advantage of this is that through the interaction of the system model and the amplification of the pedaling torque by a support factor, it is possible to react quickly to changing torque requirements, while at the same time the system model can compensate for long-term disturbances such as an incline, mass inertia or air resistance. In this way, the torque support can be controlled quickly and precisely.
  • the control can also be adapted to the driver's individual needs, for example by simulating an artificial tailwind using torque support.
  • the proportion of the system model is filtered depending on a rate of change in the compensation of the disturbance variables.
  • the strength of the filter can be influenced by changing a time constant of the filter.
  • the time constant of the filter with a negative rate of change of the disturbance compensation can be smaller than the time constant of the filter with a positive rate of change of the disturbance compensation.
  • the strength of the filter is therefore higher when the torque support to compensate for disturbances increases and lower when the torque support to compensate for disturbances decreases.
  • the filter time constant can delay torque assist excursions so that the torque assist is less noisy and/or fluctuating. However, the filter may slow down the reactivity of the torque support.
  • the support factor is determined depending on a rate of change in the pedaling torque.
  • the rate of change of the pedaling torque can in particular be the first derivative of the pedaling torque. This can reduce sudden changes in torque support.
  • Figure 1 shows in schematic form a method according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 shows in schematic form a method according to an embodiment of the present invention.
  • the torque support is based on two components, a compensation for disturbance variables, for example a compensation of an incline, by the system model and a pedal torque support, characterized by a support factor.
  • FIG. 3 shows in schematic form a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • a single-track vehicle 101 with a drive unit 102 is shown in FIG.
  • the vehicle can be an eBike.
  • the drive unit 102 is designed to amplify a pedaling torque through controlled torque support, the torque support being based on a system model with an amplification of the pedaling torque provided by a driver (not shown) by a support factor, the support factor being based on the pedaling torque and wherein the System model is based at least on a speed and / or acceleration of the single-track vehicle 101 and a compensation of disturbance variables.
  • a torque sensor can be arranged on the drive unit 102 and/or on the vehicle 101.
  • the speed of the vehicle 101 can be measured via a speed sensor 304.
  • the acceleration of the vehicle can be determined from the speed and/or determined by an acceleration sensor 305.
  • a slope sensor 306 can optionally be used to measure a slope of a subsurface in order to be able to incorporate the slope into the system model.
  • At least one embodiment of the present invention has at least one of the following features and/or provides at least one of the following advantages:

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodell und einem Anteil einer Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor, insbesondere progressiv, abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und einem Ausgleich von Störgrößen, insbesondere einer Steigung und einem Reibungswiderstand, basiert.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, ein Pedelec oder dergleichen.
Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie eBike, Pedelec oder dergleichen, mit einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf beliebige Fahrzeuge anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eBikes erläutert.
Stand der Technik
EBikes können einem Fahrer eine Drehmomentunterstützung bereitstellen, um ein Tretdrehmoment des Fahrers zu verstärken, beispielsweise wenn eine Steigung durchfahren wird. Durch ein geeignetes Systemmodell, welches die Grundlage für die Ermittlung der Größe der Drehmomentunterstützung darstellt, können dabei externe Störeffekte wie Wind oder auch eine Steigung durch die Drehmomentunterstützung kompensiert werden.
Jedoch ist die Berechnung der Störeffekte träge, da die dafür notwendigen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen lediglich mit Verzögerung bestimmt werden können. Wenn ein Fahrer somit beispielsweise plötzlich ein erhöhtes Dreh- moment benötigt, beispielsweise wenn dieser sich am Anfang einer Steigung befindet, stellt die Drehmomentunterstützung zunächst ein zu niedriges Drehmoment bereit. Hierdurch wird das Fahrerlebnis für den Fahrer beeinträchtigt.
Offenbarung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, bereit, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodells und einem Anteil einer Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor, insbesondere progressiv, abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und einem Ausgleich von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert. Als Störgröße spielt die Massenträgheit eine besondere Rolle bei der Anwendung des Verfahrens zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit eines Lastenfahrrads. Aufgrund der teilweise hohen Zuladung spielt die Massenträgheit eine besondere Rolle.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie ein eBike, mit einer Antriebseinheit bereit, wobei die Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodell und einem Anteil einer Verstärkung des von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und einem Ausgleich von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert. Vorteil hiervon ist, dass durch das Zusammenspiel des Systemmodells und der Verstärkung des Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor schnell auf veränderte Drehmomentanforderungen reagiert werden kann, während gleichzeitig durch das Systemmodell längerfristige Störungen wie beispielsweise eine Steigung, einer Massenträgheit oder ein Luftwiderstand ausgeglichen werden können. Auf diese Weise kann die Regelung der Drehmomentunterstützung schnell und präzise erfolgen. Darüber hinaus kann die Regelung auch auf individuelle Bedürfnisse des Fahrers angepasst werden, indem beispielsweise ein künstlicher Rückenwind durch die Drehmomentunterstützung simuliert wird.
Unter dem Begriff „Systemmodell“ ist insbesondere in der Beschreibung, vorzugsweise in den Ansprüchen, ein Modell zu verstehen, mit dem das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschrieben werden kann. Das Systemmodell beschreibt eine idealisierte oder vorgebbare Fahrweise, beispielsweise eine Fahrt in der Ebene mit 20 km/h. Daraus wird dann ein vorgebbares, benötigtes oder idealisiertes Tretdrehmoment ermittelt. Wenn das tatsächliche Tretdrehmoment sich von dem idealisierten Tretdrehmoment unterscheidet, also zusätzliche Störgrößen das Fahrzeug beeinflussen, kann das Restdrehmoment durch die Drehmomentunterstützung der Antriebseinheit kompensiert werden. Das Systemmodell kann die Form
M * v + D * v + g = Q * fh + a * g aufweisen. Dabei beschreibt M eine vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, v eine Beschleunigung des Fahrzeugs, D einen Reibwert des Fahrzeugs, v eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, g Störgrößen wie eine Steigung, Q den Unterstützungsfaktor, fh das Tretdrehmoment, a einen Anteilsfaktor des Störgrößenausgleichs und g den Störgrößenausgleich. Die linke Seite der Gleichung beschreibt somit Kräfte, die von dem Fahrzeug überwunden werden müssen - beispielsweise Beschleunigung, Reibung, Steigung und die rechte Seite beschreibt wodurch die benötigten Kräfte erzeugt werden - zum Beispiel Tretdrehmoment, Unterstützung des Drehmoments durch einen Antrieb, Störgrößenausgleich.
Der Vestärkungsfaktor Q ist abhängig von dem Tretdrehmoment fh, das heißt Q = Q(fh). Folglich wird bei Erhöhung des Tretdrehmoments fh ein Teil des Antriebs- drehmoments Q * fh überproportional erhöht. Somit ist die Drehmomentunterstützung reaktiv und kann schnell auf sich verändernde Drehmomentanforderungen reagieren, weil bei einer Erhöhung des Tretdrehmoments durch den Fahrer die Drehmomentunterstützung durch den überproportionalen Zusammenhang von Verstärkungsfaktor und Tretdrehmoment direkt erhöht wird.
Das Tretdrehmoment ist insbesondere definiert als der Anteil eines Gesamtdrehmoments, das auf das Fahrzeug wirkt, der von dem Fahrer bereitgestellt wird, insbesondere durch ein Pedalieren des Fahrers erzeugt wird.
Der Ausgleich von einer oder mehrerer Störgrößen, im Folgenden auch Störgrößenausgleich genannt, beschreibt ein Verfahren bei dem Störgrößen, beispielsweise eine Steigung, einer Massenträgheit oder einen Luftwiderstand, die ein Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen, durch die Drehmomentunterstützung ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise das Fahrzeug eine Steigung durchfährt, also das benötigte Gesamtantriebsdrehmoment durch die Steigung vergrößert wird, wird dieser Einfluss durch eine Erhöhung der Drehmomentunterstützung kompensiert, die Störgröße also „ausgeglichen“. Ein Fahrer des Fahrzeugs empfindet das Fahrverhalten folglich so, als ob die Störgröße nicht existent wäre. Die Größe des Störgrößenausgleichs, also die Größe des Drehmoments, das notwendig ist um sämtliche Störgrößen auszugleichen, kann zeitlich variabel sein. Eine Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen ist definiert als die zeitlichen Veränderung, insbesondere die erste Ableitung, des gesamten für den Ausgleich der Störgrößen genutzten Drehmoments.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Anteil des Systemmodells und der Anteil der Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor derart aufeinander abgestimmt, dass durch den Anteil der Verstärkung bei einem hohen Tretdrehmoment ein hoher Unterstützungsfaktor solange bereitgestellt wird, bis durch den Anteil des Systemmodells das Tretdrehmoment so gering wird, dass ein geringer Unterstützungsfaktor oder im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor bereitgestellt wird. „Im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor“ soll hier bedeuten, dass der Unterstützungsfaktor im Wesentlichen Null ist. Dabei ist es unter anderem möglich, bei geringer Störung im Wesentlichen vollständig ohne Motorunterstützung zu fahren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Unterstützungsfaktor, insbesondere progressiv, derart abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird, dass in einem Bereich unterhalb eines Schwellwerts des Tretdrehmoments der Unterstützungsfaktor im Wesentlichen konstant, insbesondere Null, ist und in einem Bereich oberhalb des Schwellwerts der Unterstützungsfaktor progressiv in Abhängigkeit vom Tretdrehmoment ansteigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einer vorab festgelegten Masse des Fahrzeugs und/oder des Fahrers. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Systemmodells verbessert. Die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs kann sich von dem tatsächlichen Gewicht des Fahrzeugs und des Fahrers unterscheiden. Hierdurch kann ein anderes Gewicht des Fahrzeugs simuliert werden. Beispielsweise kann das Modellgewicht dem Gewicht des Fahrzeugs und Fahrers ohne eine angehängte Last entsprechen. Auf diese Weise kann das Gewicht der angehängten Last als Störgröße angesehen werden, die durch das Systemmodell von der Drehmomentunterstützung kompensiert wird. Somit kann sich dann das Fahrzeug so verhalten, als ob keine Last angehängt wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt. Vorteil hiervon ist, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs an unterschiedliche Geschwindigkeiten angepasst werden kann. Zum Beispiel kann die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs bei niedrigen Geschwindigkeiten höher sein, sodass eine einfachere Handhabung des Fahrzeugs ermöglicht wird. Es ist ebenfalls möglich, die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs bei einem Stillstand des Fahrzeugs zu verringern, um ein einfacheres Anfahren zu ermöglichen. Mit anderen Worten wird in der oben genannten Gleichung des Systemmodells M = M(v). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einer Modellsteigung und/oder einem Reibungswert, insbesondere einem Luftreibungswert und/oder einem Rollreibungswert Durch den Reibungswert werden geschwindigkeitsabhängige Reibungseffekte des Fahrzeugs dargestellt. Hierdurch können Reibungseffekte besser kompensiert und/oder vom Fahrer eingestellt werden. Die Steigung des Geländes wird in der Gleichung des Systemmodells nicht berücksichtigt und gilt somit als Störfaktor, der mithilfe des Systemmodells durch die Drehmomentunterstützung kompensiert wird. Somit hat ein Fahrer beim Durchfahren einer Steigung dasselbe Fahrgefühl wie bei einer Fahrt in einer Ebene. Indem das Systemmodell auf einer Modellsteigung basiert, bleibt der Einfluss der Steigung auf das Fahrverhalten zumindest teilweise erhalten. Hierzu kann insbesondere ein Sensor zur Bestimmung der Steigung des Fahrzeugs angeordnet sein. Es ist zudem möglich, zu Trainingszwecken eine konstante Steigung zu simulieren beziehungsweise vorzugeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Reibungswert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt, insbesondere wobei der Reibungswert unterproportional von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt wird. Da die Reibungsverluste nicht als Störgröße im Systemmodell modelliert werden und somit nicht durch die Drehmomentunterstützung kompensiert werden, erhöht sich das notwendige Tretdrehmoment bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Durch den, insbesondere unterproportionalen, geschwindigkeitsabhängigen Reibungswert erhöht sich bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit das notwendige Tretdrehmoment nur anteilsmäßig. Beispielsweise wäre bei einer inversen Abhängigkeit D = D(1/v) der Reibungsverlust unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Hierdurch wird ein angenehmes Fahrgefühl bei hohen Geschwindigkeiten für den Fahrer bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung basiert das Systemmodell auf einem Modellwind. Durch einen Modellwind kann ein künstlicher Rücken- und/oder Gegenwind in dem Systemmodell simuliert werden. Hierdurch kann das Fahrgefühl für den Fahrer verbessert werden. Der Modellwind kann beispielsweise in der Form D * (v — vwind) in das Systemmodell einbezogen werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Anteil des Systemmodells durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, gefiltert. Der Störgrößenausgleich kann auf einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung des Fahrzeugs basieren. Da diese Werte gegebenenfalls nicht kontinuierlich gemessen werden, können die ermittelten Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte um einen Mittelwert schwanken, was zu variierenden, insbesondere sich sprunghaft verändernden, Drehmomenten führt, durch die die Antriebseinheit beschädigt oder zumindest stark beansprucht werden könnte. Durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, vorzugsweise einen Tiefpassfilter erster Ordnung, können diese Schwankungen ausgeglichen werden. Vorteil ist, dass die Drehmomentunterstützung gleichmäßiger erfolgen kann, was die Fahrererfahrung beziehungsweise -erlebnis verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Anteil des Systemmodells abhängig von einer Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen gefiltert. Beispielsweise kann die Stärke des Filters durch Veränderung einer Zeitkonstante des Filters beeinflusst werden. Insbesondere kann die Zeitkonstante des Filters bei einer negativen Änderungsrate des Störgrößenausgleichs kleiner sein als die Zeitkonstante des Filters bei einer positiven Änderungsrate des Störgrößenausgleichs. Die Stärke des Filters ist somit höher, wenn die Drehmomentunterstützung zum Ausgleich von Störgrößen steigt und niedriger wenn die Drehmomentunterstützung zum Ausgleich von Störgrößen sinkt. Die Zeitkonstante des Filters kann Ausschläge der Drehmomentunterstützung verzögern, sodass die Drehmomentunterstützung weniger rauscht und/oder schwankt. Durch den Filter kann die Reaktivität der Drehmomentunterstützung jedoch verlangsamt sein. Beispielsweise kann hierdurch die Drehmomentunterstützung bei Überfahren einer Kuppe eines Berges noch ein hohes Drehmoment bereitstellen, obwohl dies nicht gewünscht ist. Indem die Zeitkonstante des Filters von der Änderungsrate des Störgrößenausgleichs, insbesondere der ersten Ableitung des Störgrößenausgleichs, abhängig ist, kann beispielsweise die Reaktivität der Drehmomentunterstützung bei einer Kuppe des Berges größer sein, als am Beginn des Berges. Hierdurch wird ein „Überschießen“, also ein Bereitstellen von einem zu hohen Drehmoment bei Überfahren des Scheitelpunktes der Kuppe verhindert. Der Anteil der Drehmomentunterstützung aus dem Systemmodell erhöht sich somit vorteilhafterweise langsamer, als er sich verringert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Systemparameter des Systemmodells, insbesondere die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, der Reibungswert, die Modellsteigung und/oder der Modellwind, von einem Nutzer einstellbar. Hierdurch kann das Fahrverhalten auf Wünsche des Fahrers angepasst werden, beispielsweise durch Einstellen eines Rückenwinds, oder einer konstanten Steigung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Unterstützungsfaktor abhängig von einer Änderungsrate des Tretdrehmoments festgelegt. Die Änderungsrate des Tretdrehmoments kann insbesondere die erste Ableitung des Tretdrehmoments sein. Hierdurch können plötzliche Änderungen der Drehmomentunterstützung verringert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigt
Figur 1 in schematischer Form ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 in schematischer Form einen Verlauf eines Drehmomentunterstützungsfaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Figur 3 in schematischer Form ein einspuriges Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Regelung einer Drehmomentunterstützung eines einspurigen Fahrzeugs 101 mit einer Antriebseinheit 102. Die Drehmomentunterstützung basiert auf einem Systemmodell 103 und einer Verstärkung eines von einem Fahrer (nicht gezeigt) bereitgestellten Tretdrehmoments. Hierfür wird zunächst eine idealisierte Fahrsituation simuliert und das benötigte Tretdrehmoment im idealisierten Fall ermittelt. In der idealisierten Fahrsituation werden Störeffekte wie Luftwiderstand und Steigungen nicht beachtet. Das benötigte Tretdrehmoment multipliziert mit einem konstanten Unterstützungsfaktor 105 entspricht dann einem benötigten Gesamtdrehmoment in der idealisierten Fahrsituation.
Wenn das tatsächlich von dem Fahrer aufgebrachte Tretdrehmoment größer als das idealisierte Tretdrehmoment ist, wird mittels des Systemmodells 103 ein Störgrößenausgleich 104 ermittelt. Ausgehend von dem Störgrößenausgleich 104 wird das Unterstützungsdrehmoment der Antriebseinheit 102 angepasst, sodass der Fahrer lediglich das aus der idealisierten Fahrsituation ermittelte Tretdrehmoment aufbringen muss, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu halten. Der Unterstützungsfaktor 105 ist in diesem Fall konstant.
Die Bestimmung des Störgrößenausgleich 104 durch das Systemmodell 103 basiert auf der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Fahrzeugs. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise über einen Sensor an einem Rad ermittelt wird, kann die Geschwindigkeit nur bei jedem vollen Umlauf des Rades ermittelt werden. Aus der Geschwindigkeit kann die Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet werden. Somit ist die Bestimmung des Störgrößenausgleichs 104 träge und kann nicht in Echtzeit berechnet werden. Plötzliche Veränderungen des benötigten Tretdrehmoments können somit nicht sofort durch den Störgrößenausgleich 104 ausgeglichen werden. Um diese Verzögerung auszugleichen, basiert der Unterstützungsfaktor 105 auf dem Tretdrehmoment. Figur 2 zeigt in schematischer Form einen Verlauf eines Tretdrehmomentunterstützungsfaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 2 ist ein Diagramm 201 eines Verlaufs 202 eines Unterstützungsfaktors eines Tretdrehmoments gezeigt. Die X-Achse 203 zeigt ein vom einem Fahrer erzeugtes Tretdrehmoment in beliebiger Einheit und die Y-Achse 204 zeigt den dimensionslosen Unterstützungsfaktors des Tretdrehmoments. Der Verlauf 202 ist in zwei Bereiche unterteilt - einen dauerhaften Bereich 205, in dem der Unterstützungsfaktor annähernd konstant ist und einen „Kickdown“-Bereich 206, in dem der Unterstützungsfaktor annähernd linear ansteigt.
Die Drehmomentunterstützung basiert auf zwei Anteilen, einem Störgrößenausgleich, zum Beispiel ein Ausgleich einer Steigung, durch das Systemmodell und einer Tretdrehmomentunterstützung, charakterisiert durch einen Unterstützungsfaktor.
Wenn ein Fahrer in einer Ebene 207 fährt, ist ein Einfluss der Steigung durch das Systemmodell ausgeglichen und der Unterstützungsfaktor ist niedrig. Somit befindet sich eine Antriebseinheit des Fahrrads im dauerhaften Bereich 205. Sobald der Fahrer einen Übergangsbereich 207' einer Steigung erreicht, erhöht sich der Einfluss der Steigung schnell. Der Störgrößenausgleich durch das Systemmodell ist jedoch träge, sodass der Fahrer stark treten muss, um seine Geschwindigkeit zu halten. Um diesen Effekt zu minimieren ist der Unterstützungsfaktor progressiv abhängig von dem Tretdrehmoment, zum Beispiel linear. Wenn das Tretdrehmoment stark steigt, befindet sich die Antriebseinheit des Fahrrads im Kickdown-Bereich 206 und der Unterstützungsfaktor steigt an. Die benötigte Drehmomenterhöhung durch die Steigung wird somit zumindest teilweise durch die höhere Drehmomentunterstützung aufgrund des höheren Unterstützungsfaktors ausgeglichen. Sobald der Fahrer genügend Zeit die erhöhte Steigung gefahren ist und sich in einem stetigen Bereich 207” der Steigung befindet, ist der Einfluss der Steigung durch den Störgrößenausgleich des Systemmodells wieder ausgeglichen und das Tretdrehmoment des Fahrers verringert sich. Somit verringert sich auch der Unterstützungsfaktor und ist wieder konstant, weil sich die Antriebseinheit des Fahrrads erneut im dauerhaften Bereich 205 befindet. Figur 3 zeigt in schematischer Form ein einspuriges Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 3 ist ein einspuriges Fahrzeug 101 mit Antriebseinheit 102 gezeigt. Das Fahrzeug kann ein eBike sein. Die Antriebseinheit 102 ist dazu ausgebildet, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Systemmodell mit einer Verstärkung des von einem Fahrer (nicht gezeigt) bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor basiert, wobei der Unterstützungsfaktor auf dem Tretdrehmoment basiert und wobei das Systemmodell zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des einspurigen Fahrzeugs 101 und einem Ausgleich von Störgrößen basiert.
Zur Bestimmung des tatsächlich von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments kann an der Antriebseinheit 102 und/oder an dem Fahrzeug 101 ein Drehmomentsensor angeordnet sein. Über einen Geschwindigkeitssensor 304 kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 101 gemessen werden. Die Beschleunigung des Fahrzeugs kann aus der Geschwindigkeit bestimmt werden und/oder durch einen Beschleunigungssensor 305 ermittelt werden. Durch einen Steigungssensor 306 kann optional eine Steigung eines Untergrunds gemessen werden, um die Steigung in das Systemmodell einfließen lassen zu können.
Zusammenfassend weist zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest eines der folgenden Merkmale auf und/oder stellt zumindest einen der folgenden Vorteile bereit:
Schnelle Reaktion auf veränderte Drehmomentanforderungen
Angenehmes Fahrgefühl für einen Fahrer
Individuelle Einstellung der Drehmomentunterstützung
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer Drehmomentunterstützung einer Antriebseinheit (102) eines Fahrzeugs (101), insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs wie ein eBike, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodells (103) und einem Anteil einer Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) basiert, wobei der Unterstützungsfaktor (105), insbesondere progressiv, abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell (103) zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs (101) und einem Ausgleich (104) von Störgrößen, insbesondere einer Steigung, einer Massenträgheit und einem Reibungswiderstand, basiert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei der Anteil des Systemmodells (103) und der Anteil der Verstärkung eines von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) derart aufeinander abgestimmt sind, dass durch den Anteil der Verstärkung bei einem hohen Tretdrehmoment ein hoher Unterstützungsfaktor (105) solange bereitgestellt wird, bis durch den Anteil des Systemmodells (103) das Tretdrehmoment so gering wird, dass ein geringer Unterstützungsfaktor (105) oder im Wesentlichen kein Unterstützungsfaktor (105) bereitgestellt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Unterstützungsfaktor (105), insbesondere progressiv, derart abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird, dass in einem Bereich unterhalb eines Schwellwerts des Tretdrehmoments der Unterstützungsfaktor (105) im Wesentlichen konstant ist, und in einem Bereich oberhalb des Schwellwerts der Unterstützungsfaktor (105) progressiv in Abhängigkeit vom Tretdrehmoment ansteigt.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einer vorab festgelegten Masse des Fahrzeugs des Fahrzeugs (101) und/oder des Fahrers basiert. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101 ) festgelegt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einer Modellsteigung und/oder einem Reibungswert, insbesondere einem Luftreibungswert und/oder einem Rollreibungswert, basiert. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Reibungswert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101) festgelegt wird, insbesondere wobei der Reibungswert unterproportional von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101 ) festgelegt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell (103) auf einem Modellwind basiert. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil des Systemmodells durch einen Filter, insbesondere einen Tiefpassfilter, gefiltert wird. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Anteil des Systemmodells abhängig von einer Änderungsrate des Ausgleichs der Störgrößen gefiltert wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Systemparameter des Systemmodells (103), insbesondere die vorab festgelegte Masse des Fahrzeugs, der Reibungswert, die Modellsteigung und/oder der Modellwind, von einem Nutzer einstellbar sind. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterstützungsfaktor (105) abhängig von einer Änderungsrate des Tretdrehmoments festgelegt wird. Fahrzeug, insbesondere ein einspuriges Fahrzeug wie ein eBike, mit einer
Antriebseinheit (102), wobei die Antriebseinheit (102) dazu ausgebildet ist, ein Tretdrehmoment durch eine geregelte Drehmomentunterstützung zu verstärken, wobei die Drehmomentunterstützung auf einem Anteil eines Systemmodell (103) und einem Anteil einer Verstärkung des von einem Fahrer bereitgestellten Tretdrehmoments um einen Unterstützungsfaktor (105) basiert, wobei der Unterstützungsfaktor (105) abhängig vom Tretdrehmoment festgelegt wird und wobei das Systemmodell (103) zumindest auf einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs (101) und einem Ausgleich (104) von Störgrößen, insbesondere einer Steigung und einem Reibungswiderstand, basiert.
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