EP4688547A1 - Vorrichtung und verfahren zum ansteuern eines motors eines elektrischen fahrrads - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum ansteuern eines motors eines elektrischen fahrrads

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Publication number
EP4688547A1
EP4688547A1 EP24715199.6A EP24715199A EP4688547A1 EP 4688547 A1 EP4688547 A1 EP 4688547A1 EP 24715199 A EP24715199 A EP 24715199A EP 4688547 A1 EP4688547 A1 EP 4688547A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
operating mode
torque
condition
driver
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.)
Pending
Application number
EP24715199.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Merlin Martin MANEWALD
Franz Hofmann
Julian Hau
Gregor GOEBEL
Matthias WEINMANN
Joseph Reck
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4688547A1 publication Critical patent/EP4688547A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B62M6/45—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 present invention relates to a method and a device for controlling a motor of an electric bicycle.
  • Electric bicycles especially pedelecs, provide motor support depending on the torque exerted by the rider. This is recorded using a torque sensor. To ensure safe operation, motor support is only enabled when certain conditions are met. This is necessary to prevent the motor from turning without the rider's consent due to faulty or incorrect sensor signals. The starting process is particularly important here. This must be reliably detected on the basis of various sensor signals so that full motor support can be enabled.
  • the driver's torque is usually recorded using a torque sensor. Only when the driver's torque is above a threshold and another signal is detected that implies a desire to start, is the motor support enabled. This plausibility check, for example with a second sensor, is necessary so that the desire to start is detected safely and reliably.
  • This additional signal can be the rider's cadence, which is recorded by a cadence sensor.
  • a cadence sensor works with 36 teeth, allowing up to 10° of free play before a cadence is detected and motor assistance can be provided.
  • the second signal is often used to check whether there is acceleration in the direction of travel, which is determined using an acceleration sensor, for example.
  • Forward acceleration must be detected before motor support is enabled.
  • this can also occur when the bike is facing downhill, which is why the threshold values for detecting acceleration are often set high so that the acceleration can be reliably attributed to a start-up process.
  • such acceleration values are often not achieved when starting slowly or starting on an uphill slope.
  • Reed contacts arranged on the frame of the electric bicycle are also often used to detect the movements of magnets, i.e. magnets that are arranged on a spoke of the bicycle, for example. If such a magnet passes the reed contact, a speed pulse is generated. The motor support is only released, for example, when such a speed pulse is detected. In the worst case, however, this can only occur after a full rotation of the wheel, which leads to a delay in the motor support. It is also not clear to the driver when the support is provided, since at the time of the start request it is not known where the magnet is located and thus the angle to be covered until the reed contact is passed is random.
  • the necessary second condition does not cover cases where, for example, a driver does not apply the necessary force to move the Pedelec on a slope. In such a case, neither a positive driver cadence, forward acceleration nor a speed pulse occurs.
  • the device according to the invention for controlling a motor of an electric bicycle comprises a control unit which is designed to control the motor of the electric bicycle in a first operating mode, wherein in the first operating mode the motor is controlled such that no motor torque is provided by the motor, and to control the motor of the electric bicycle in a second operating mode, wherein in the second operating mode the motor is controlled such that at least briefly a motor torque is provided by the motor.
  • the control unit is designed to switch from the first operating mode to the second operating mode when a first condition and a second condition are met.
  • the first condition is met when a driver torque exerted by a driver of the bicycle on the pedals of the bicycle is detected, which lies above a predefined first threshold value.
  • the second condition depends on a temporal progression of the driver torque, a motor speed of the motor and/or a user input.
  • the method according to the invention for controlling a motor of an electric bicycle comprises controlling the motor of the electric bicycle in a first operating mode, wherein in the first operating mode the motor is controlled such that no motor torque is provided by the motor, controlling the motor of the electric bicycle in a second operating mode, wherein in the second operating mode the motor is controlled such that at least briefly a motor torque is provided by the motor, and switching from the first operating mode to the second operating mode when a first condition and a second condition are met.
  • the first condition is met when a driver torque exerted by the driver of the bicycle on the pedals of the bicycle is detected, which lies above a predefined first threshold value.
  • the second condition is dependent on a temporal progression of the driver torque, a motor speed of the motor and/or a user input.
  • the control unit is, for example, a digital processing unit, which is provided with the information recorded by the sensors of the electric bicycle.
  • the control unit is connected to a torque sensor, via which the torque applied by the bicycle rider on the driver torque exerted on the pedals of the bicycle is detected.
  • the control unit is further preferably connected to a speed sensor via which the engine speed of the motor is detected.
  • the control unit is further preferably connected to an input unit via which a user input can be detected.
  • the motor of the electric bicycle is designed to support the drive of the electric bicycle, i.e. to provide motor support.
  • the motor In the first operating mode, the motor is controlled in such a way that no support is provided for driving the electric bicycle by the motor. For example, no supply voltage is provided to the motor.
  • the motor is controlled in such a way that a motor torque is provided by the motor for at least a short time.
  • the motor assistance can therefore either be provided based on the torque exerted by the rider, or it can be checked whether other conditions are met before longer-term motor assistance.
  • the motor torque is only provided for a short time to check whether the motor is blocked or can rotate. If the motor is blocked, i.e. the motor cannot rotate, the control unit preferably switches back to the first operating mode.
  • the first condition is met when a driver torque exerted by the bicycle rider is detected that is above a predefined first threshold value. This means that the torque sensor detects sufficient driver torque to indicate that the bicycle rider is intentionally pedaling.
  • the first condition ensures, among other things, that unintentional, small loads on a bicycle pedal or an unwanted deviation of an output signal from the torque sensor from a zero value are not interpreted as a desire to start moving. In addition, minor errors or inaccuracies in the measurement signal of the torque sensor do not lead to an unwanted start moving.
  • the second condition depends on a temporal progression of the driver torque, a motor speed of the motor and/or a user input.
  • the temporal progression of the driver torque, the motor speed of the motor and/or the user input are evaluated and the second condition is fulfilled when the temporal progression of the driver torque, the motor speed and/or the user input has a certain characteristic.
  • These parameters, on which the second condition depends have in common that they indicate a desire of a driver of the electric bicycle for motor assistance, even if the driver is unable to move the pedals of the bicycle, for example because his strength is not sufficient on a slope.
  • the motor speed of the motor is recorded as part of the testing of the second condition, but the rotation of the motor is not caused by the motor itself, since it does not provide any motor torque in the first operating mode. This means that the rotation of the motor, which results in the engine speed, is caused by a movement of the electric bicycle, for example by rolling backwards on a slope.
  • the second condition can be formulated in such a way that it is dependent on a combination of the parameters mentioned, in particular dependent on the temporal course of the driver torque and the engine speed, the temporal course of the driver torque and the engine speed, the temporal course of the driver torque and the user input or dependent on the engine speed and the user input.
  • the second condition depends on the temporal progression of the driver torque and is fulfilled when the temporal progression of the driver torque has a predefined property.
  • the temporal progression of the driver torque therefore not only considers an instantaneous value of the driver torque, as is possible, for example, in the context of the first condition, but the driver torque is considered over time. This results in additional information. For example, it can be detected whether the driver of the electric bicycle a sustained action is performed which indicates a desire for assistance from the motor.
  • the temporal progression of the driver torque preferably has the predefined property if the detected driver torque is greater than a second threshold value over a predefined period of time, a gradient of the detected driver torque is greater than a third threshold value, and/or an integral over the temporal progression of the detected driver torque over a predefined time interval is greater than a fourth threshold value.
  • the second threshold value can thus be used to define how long the driver must maintain a driver torque so that it can be concluded that the driver wants motor assistance.
  • the second threshold value is preferably greater than the first threshold value or greater than or equal to the first threshold value. More preferably, the second threshold value is equal to the first threshold value.
  • the third threshold value it can be defined in particular how dynamically the driver must act on the pedal of the bicycle so that it can be concluded that the driver wants motor assistance.
  • the integral and the fourth threshold value a system is created in which either a relatively short application of a high driver torque or a relatively long application of a relatively low driver torque leads to the second condition being met and thus to motor support.
  • the predefined properties mentioned can be combined with one another. Optionally, either two or all of the predefined properties mentioned must be present for the second condition to be met.
  • the second condition is dependent on the engine speed of the motor and is fulfilled when the engine speed of the motor is below a predefined fifth (negative) threshold value, whereby the engine speed of the motor is caused by the bicycle rolling backwards and is thus negative.
  • the engine speed is positive when the motor rotates in a direction that is used to propel the bicycle forwards.
  • the engine speed is negative when the motor rotates in a direction that is caused by the bicycle rolling backwards.
  • the second condition is further preferably dependent on the user input and is fulfilled when a user makes a predefined input via an input unit. It is therefore advantageous if a user carries out any predefined action through which the user can consciously communicate that motor support is desired.
  • the input unit is preferably a button and the user input is pressing the button for a predefined period of time.
  • a button is preferably arranged on a handlebar of the electric bicycle.
  • the button can also be implemented digitally, for example on a touchscreen.
  • the second condition to be fulfilled or a combination of second conditions to be fulfilled is selected depending on a current driving situation, which is determined based on recorded sensor data. For example, sensors on the electric bicycle determine whether the electric bicycle is on a slope. If this is the case, the second condition can be optimized for this situation. For example, the second condition is selected such that it depends on the gradient of the recorded driver torque and the duration that the recorded driver torque is above the first threshold value. A situationally optimized second condition can thus be selected, which increases driving comfort depending on a current driving situation.
  • control unit is configured to determine in the second operating mode whether the motor torque provided by the motor leads to a movement of the motor and to switch to the first operating mode if the motor torque provided by the motor does not lead to any movement of the motor, and to switch to a third operating mode when the motor torque provided by the motor results in movement of the motor. It can thus be prevented that a permanent assistance is provided by the motor, which does not result in movement of the electric bicycle, but could lead to overheating of the motor.
  • control unit is designed to control the motor of the electric bicycle in the third operating mode such that the motor torque is provided depending on the driver torque. It is therefore advantageous if a regular driving mode is provided after a test to determine whether the motor is blocked.
  • Figure 1 is a representation of an electric bicycle with a device according to the invention for controlling a motor
  • Figure 2 is a flow chart of a method according to the invention for
  • Figure 1 is a schematic representation of an electric bicycle 10, for example a pedelec, which comprises a device 1 according to the invention for controlling a motor 2 of the electric bicycle 10.
  • the device 1 carries out the method 100 according to the invention for controlling the motor 2 of the electric bicycle 10, wherein an exemplary flow chart of the method 100 is shown in Figure 2.
  • the device 1 comprises at least one control unit 3, which is designed to carry out the method 100.
  • a motor speed sensor 4 is arranged on the motor 2 of the electric bicycle 10, which is a component of the device 1 or provides information to it.
  • the electric bicycle 10 is further provided with a driver torque sensor 5, which is a component of the device 1 or provides information thereto.
  • the control unit 3 is designed to control the motor 2 of the electric bicycle.
  • the control unit 3 is designed to control the motor 2 at least in a first operating mode 101 and in a second operating mode 102.
  • the control unit 3 is also designed to control the motor 2 of the electric bicycle 10 in a third operating mode 104 and in a fourth operating mode 107.
  • the motor 2 of the electric bicycle 10 is controlled in different ways.
  • the motor 2 is initially controlled in the first operating mode 101.
  • the motor 2 In the first operating mode 101, the motor 2 is controlled in such a way that no support for driving the electric bicycle 10 is provided by the motor 2. In this case, no motor torque is provided by the motor 2.
  • the first operating mode 101 is therefore a mode that is typically present when the electric bicycle 10 is stationary and no motor support is desired by the user.
  • the motor 2 is controlled by the control unit 3 such that a motor torque is provided by the motor 2 at least for a short time.
  • the control unit 3 must make a decision as to when a change 103 from the first operating mode 101 to the second operating mode 102 should take place. This change should take place when it is determined that a driver of the electric bicycle 10 wants motor support from the motor 2.
  • the challenge here is to ensure that no unwanted movements of the pedals lead to motor support being provided, as this would lead to unwanted movement of the electric bicycle 10.
  • the aim is to detect the desire for support from the motor 2 as quickly as possible, but also reliably, so that the electric bicycle 10 has dynamic driving behavior. This is achieved by the Device 1 achieves this by switching from the first operating mode 101 to the second operating mode 102 when two conditions are met.
  • the control unit 3 thus checks whether the parameters defined by a first condition and the parameters defined by a second condition are present, and in response to the presence of these parameters defined by the conditions, a switch 103 is made from the first operating mode 101 to the second operating mode 102.
  • the first condition is met when a driver torque applied by the driver of the bicycle 10 to the pedals of the bicycle 10 is detected which is above a predefined first threshold value.
  • a driver torque applied by the driver of the bicycle 10 to the pedals of the bicycle 10 is detected which is above a predefined first threshold value.
  • an output signal of the driver torque sensor 5 is compared with a comparison value predefined by the first threshold value, and if the measured driver torque exceeds the first threshold value, the first condition is met.
  • the first threshold value could be selected to be 12.5 Nm and the first condition is met when the driver of the electric bicycle 10 applies a driver torque which exceeds these 12.5 Nm.
  • the second condition ensures, among other things, that the motor torque is not yet provided by motor 2 if a comparatively high driver torque is unintentionally applied. This can be the case, for example, if a start-up process fails, for example because the driver slips off the pedal, or if the driver merely rests his leg on the pedal. It also ensures that minor errors and inaccuracies in the sensor signal are not falsely recognized as the driver's desire to start moving.
  • the second condition should reliably detect a desire for motor assistance regardless of the current driving situation or terrain situation. A fast reaction to the second condition is desirable so that the motor assistance is provided quickly when the driver requests it. This is important, for example, when starting up a hill, as a lack of motor assistance could cause the bike to roll backwards.
  • the second condition is designed, for example, in such a way that it depends on the temporal course of the driver torque and is fulfilled when the temporal course of the driver torque has a predefined property.
  • the predefined property is, for example, that the recorded driver torque is greater than a second threshold value over a predefined period of time.
  • the second threshold value is greater than the first threshold value of the first condition.
  • the second threshold value is therefore preferably selected in a range between 50 Nm and 100 Nm, for example 80 Nm.
  • the driver torque recorded by the driver torque sensor 5 must therefore be above the second threshold value for an applicable time in order for the second condition to be met.
  • the applicable time is therefore preferably selected in a range between 30 ms and 400 ms, for example 200 ms.
  • the predefined property is, for example, that a gradient of the detected driver torque is greater than a third threshold value.
  • a gradient of a torque signal from the driver torque sensor 5 must therefore be above the third threshold value over an applicable time.
  • the applicable time is preferably selected in a range between 30 ms and 400 ms, for example 200 ms.
  • the third threshold value is preferably selected in a range between 50 Nm/s and 500 Nm/s, for example 200 Nm/s. In this way, for example, a slow increase in the driver torque is prevented from leading to the second condition being met and to motor assistance from the motor 2. This covers, for example, situations in which the driver is resting on the pedal without starting off or in which a bicycle is held in position on a slope by a driver torque. In addition, this would prevent the error case of a slow drift in the sensor signal.
  • the predefined property is, for example, that an integral over the temporal course of the recorded driver torque over a predefined time interval is greater than a fourth threshold.
  • a fourth threshold This means that the integrated driver torque signal, which is detected by the driver torque sensor 5 and which is integrated over an applicable time, must be above the fourth threshold.
  • ti is the applicable time and Mdriver(t) is the driver torque over time.
  • the second condition can thus, like the first condition, be derived from the measured driver torque provided by the driver torque sensor 5. However, the second condition must therefore meet stricter criteria than the first condition.
  • the previously mentioned options for the second condition can also be combined with one another to prevent an unwanted change to the second operating mode.
  • the driver torque must be above 12.5 Nm to meet the first condition and the torque gradient must be above the third threshold of 200 Nm/s for a period of 200 ms.
  • this combination covers the case of impulsive dynamic starting on inclines. According to this example, it is therefore also advantageous if the second condition is only met when the gradient of the detected driver torque is above the third threshold for a predefined time.
  • the high threshold and the specific signal curve strongly increasing torque reduces the risk of incorrect triggering of the motor support.
  • the second condition depends on the engine speed of the engine 2, which is detected by the speed sensor 4.
  • the second condition is preferably fulfilled when the engine speed of the engine 2 is below a predefined fifth negative threshold value. If the electrical If the bicycle 10 is moved backwards, the entire drive train also rotates backwards.
  • the drive train includes the rear wheel, the pinion set, the chain, the chainring, the pedals (only in systems without driver freewheel) and the motor 2 of the electric bicycle. This movement can be detected by a rotor position sensor of the motor, which is used, for example, as a speed sensor 4. This case occurs, for example, when the driver of the electric bicycle 10 tries to start up a hill, but does not apply enough driver torque to set the electric bicycle 10 in forward motion.
  • the electric bicycle 10 rolls backwards and the motor 2 also rotates backwards. If the motor speed of the motor 2 is below an applicable negative threshold, here the fifth threshold, the second condition is met. The motor speed of the motor 2 considered with the second condition is caused by the bicycle 10 rolling backwards.
  • an applicable negative threshold here the fifth threshold
  • the second condition is dependent on the user input.
  • the second condition is met, for example, when a user makes a predefined input via an input unit.
  • the predefined input is, for example, pressing a button for a predefined period of time.
  • the second condition can be the triggering of a (dedicated) button 6, i.e. a button, on a control element of the electric bicycle 10. This can be a singular event. This means that the button 6 is pressed once briefly, or the button must remain pressed for an applicable period of time for the second condition to be met.
  • the button 6 can be assigned several functions, with the button for switching up an assistance mode, for example, also being used as an input unit for the method according to the invention. Direct support from the electric motor 2, which is triggered by pressing the button 6, is also advantageous here.
  • a second condition can therefore consist of several subconditions.
  • the second condition to be fulfilled or the combination of second conditions to be fulfilled is selected depending on a currently existing driving situation, which is determined based on recorded sensor data.
  • a currently existing driving situation which is determined based on recorded sensor data.
  • the previously described activation of the motor support in a system can be triggered by means of a specific combination of two conditions and this only occurs when a slope of the electric bicycle 10 is detected by a position sensor.
  • control unit switches to the second operating mode 102.
  • the motor In the second operating mode 102, the motor
  • a changeover step 105 is made from the second operating mode 102 to a third operating mode 104.
  • the motor 2 is controlled by the control unit 3 in such a way that the motor torque is provided depending on a driver torque.
  • the driver torque is detected by the driver torque sensor 5 and is converted by means of an associated algorithm into a requested motor torque, which is then provided by the motor 2.
  • a typical regular ferry operation of the electric bicycle 10 takes place.
  • the method shown in Figure 2 further preferably comprises a motor blocking protection for protecting the motor 2 in the event of a blockage after the motor support has been released and the control unit 3 has been operated in the third operating mode 104.
  • the control unit thus changes
  • a fourth operating mode 107 if a blockage of the motor 2 occurs in the third operating mode 104.
  • the motor torque of the motor 2 is continuously reduced until the blockage is removed. This prevents the motor 2 from overheating. If the blockage is removed, the control unit 3 changes back to the third operating mode 104 in a changeover step 109.
  • control unit 3 If a request for motor support is no longer made, regardless of whether the control unit 3 is in the third operating mode 104 or in the fourth operating mode 107, the control unit 3 returns to the first operating mode 101 in a respective changeover step 110, 111.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Ansteuern eines Motors (2) eines elektrischen Fahrrads (10), umfassend eine Steuereinheit (3), welche dazu eingerichtet ist, den Motor (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem ersten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem ersten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass kein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird, und den Motor (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn eine erste Bedingungen und eine zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein von einem Fahrer des Fahrrades (10) auf die Pedale des Fahrrades (10) ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt, und wobei die zweite Bedingung abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors (2) und/oder einer Anwendereingabe ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Motors eines elektrischen Fahrrads
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Motors eines elektrischen Fahrrads.
Elektrische Fahrräder, insbesondere Pedelecs, liefern eine motorische Unterstützung in Abhängigkeit eines von einem Fahrer ausgeübten Fahrerdrehmoments. Dies wird mittels eines Drehmomentsensors erfasst. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wird die motorische Unterstützung nur freigegeben, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Dies ist notwendig, um ein Drehen des Motors ohne Fahrerwunsch durch gestörte oder fehlerhafte Sensorsignale zu vermeiden. Eine besondere Bedeutung kommt hier dem Anfahrvorgang zu. Dieser muss auf Basis verschiedener Sensorsignale sicher erkannt werden, damit die volle motorische Unterstützung freigegeben werden kann.
Bei aktuellen Pedelecs wird zumeist ein Fahrerdrehmoment über einen Momentensensor erfasst. Erst wenn ein Fahrerdrehmoment über einer Schwelle vorliegt und ein weiteres Signal welches einen Anfahrwunsch impliziert detektiert wird, wird auch die motorische Unterstützung freigegeben. Diese Plausibilisierung mit zum Beispiel einem zweiten Sensor ist nötig, damit der Anfahrwunsch sicher und zuverlässig erkannt wird.
Dieses weitere Signal kann die Fahrerkadenz sein, die über einen Kadenzsensor erfasst wird. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass oftmals große Leerwege bei einem Tretvorgang des Fahrers auftreten, bevor die motorische Unterstützung einsetzt. So arbeitet ein Kadenzsensor beispielsweise mit 36 Zähnen, wodurch ein Leerweg von bis zu 10° möglich ist, bevor eine Kadenz erkannt wird und die motorische Unterstützung bereitgestellt werden kann.
Alternativ wird als zweites Signal oftmals geprüft, ob eine Beschleunigung in Fahrtrichtung vorliegt, was beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors ermittelt wird. Dabei muss eine Beschleunigung nach vorne erkannt werden, bevor eine motorische Unterstützung freigegeben wird. Diese kann jedoch auch dann vorliegen, wenn das Fahrrad bergab gerichtet ist, wodurch die Schwellenwerte für das Erkennen einer Beschleunigung oft hoch gewählt werden, damit die Beschleunigung sicher einem Anfahrvorgang zugeordnet werden kann. Solche Beschleunigungswerte werden jedoch bei langsamem Anfahren oder Anfahren am Berg oftmals nicht erreicht.
Auch werden oftmals mittels an einem Rahmen des elektrischen Fahrrades angeordneten Reed-Kontakten Bewegungen von Magneten erkannt, also Magneten, die beispielsweise an einer Speiche des Fahrrads angeordnet sind. Passiert ein solcher Magnet den Reed-Kontakt, so wird ein Speed-Puls generiert. Die motorische Unterstützung wird beispielsweise erst dann freigegeben, wenn ein solcher Speed-Puls detektiert wird. Dieser kann jedoch im schlechtesten Falle erst nach einer vollen Radumdrehung auftreten, was zu einer Verzögerung der motorischen Unterstützung führt. Auch ist es dabei für den Fahrer nicht ersichtlich, wann die Unterstützung bereitgestellt wird, da zum Zeitpunkt des Anfahrwunsches nicht bekannt ist, an welcher Position sich der Magnet befindet und somit zurückzulegende Winkel bis der Reed-Kontakt passiert wird zufällig ist.
Unabhängig von den zuvor genannten Bedingungen ist es jedoch immer notwendig, dass ein Fahrermoment oberhalb einer Schwelle vorliegt, damit die Bedingungen für die Freigabe des Motormoments erfüllt sein können. Durch die notwendige zweite Bedingung können damit nicht solche Fälle abgedeckt werden, bei denen ein Fahrer beispielsweise an einem Hang nicht die nötige Kraft aufbringt, um das Pedelec zu bewegen. In einem solchen Fall tritt weder eine positive Fahrerkadenz, eine Beschleunigung nach vorne oder ein Speed- Puls auf.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansteuern eines Motors eines elektrischen Fahrrads umfasst einen Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Motor des elektrischen Fahrrads in einem ersten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem ersten Betriebsmodus der Motor derart angesteuert wird, dass kein Motordrehmoment von dem Motor bereitgestellt wird, und den Motor des elektrischen Fahrrad in einem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Motor derart angesteuert wird, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor bereitgestellt wird. Die Steuereinheit ist dabei dazu eingerichtet, von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung erfüllt ist. Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn ein von einem Fahrer des Fahrrades auf die Pedale des Fahrrades ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt. Die zweite Bedingung ist abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors und/oder einer Anwendereingabe.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines Motors eines elektrischen Fahrrads umfasst ein Ansteuern des Motors des elektrischen Fahrrads in einem ersten Betriebsmodus, wobei in dem ersten Betriebsmodus der Motor derart angesteuert wird, dass kein Motordrehmoment von dem Motor bereitgestellt wird, ein Ansteuern des Motors des elektrischen Fahrrads in einem zweiten Betriebsmodus, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Motor derart angesteuert wird, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor bereitgestellt wird, und ein Wechseln von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus, wenn eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung erfüllt ist. Dabei ist die erste Bedingung dann erfüllt, wenn ein von dem Fahrer des Fahrrades auf die Pedale des Fahrrades ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt. Die zweite Bedingung ist dabei abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors und/oder einer Anwendereingabe.
Die Steuereinheit ist dabei beispielsweise eine digitale Recheneinheit, welcher die Informationen bereitgestellt werden, die durch Sensoren des elektrischen Fahrrads erfasst werden. So ist die Steuereinheit beispielsweise mit einem Drehmomentsensor verbunden, über den der von dem Fahrer des Fahrrades auf die Pedale des Fahrrades ausgeübte Fahrerdrehmoment erfasst wird. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit mit einem Drehzahlsensor verbunden, über den die Motordrehzahl des Motors erfasst wird. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit mit einer Eingabeeinheit verbunden, über die eine Anwendereingabe erfasst werden kann.
Der Motor des elektrischen Fahrrads ist dabei dazu eingerichtet, einen Antrieb des elektrischen Fahrrads zu unterstützen, also eine motorische Unterstützung bereitzustellen. In dem ersten Betriebsmodus wird der Motor derart angesteuert, dass keine Unterstützung für einen Antrieb des elektrischen Fahrrads durch den Motor bereitgestellt wird. So wird dem Motor beispielsweise keine Versorgungsspannung bereitgestellt.
In dem zweiten Betriebsmodus wird der Motor derart angesteuert, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor bereitgestellt wird. Dies ist daher vorteilhaft, da in dem zweiten Betriebsmodus bereits bekannt ist, dass eine motorische Unterstützung durch einen Fahrer des Fahrrads gewünscht wird. Es kann somit entweder bereits die motorische Unterstützung basierend auf einem ausgeübten Fahrerdrehmoment bereitgestellt werden oder es kann vor einer längerfristigen motorischen Unterstützung geprüft werden, ob weitere Bedingungen erfüllt sind. So wird das Motordrehmoment in dem zweiten Betriebsmodus beispielsweise nur kurzzeitig bereitgestellt, um zu prüfen, ob der Motor blockiert ist oder drehen kann. Ist der Motor blockiert, also kann der Motor nicht drehen, so wechselt die Steuereinheit bevorzugt zurück in den ersten Betriebsmodus.
Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn ein von dem Fahrer des Fahrrades ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt. Das bedeutet, dass durch den Drehmomentsensor ein hinreichendes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches auf einen beabsichtigten Tretvorgang des Fahrers des Fahrrades schließen lässt. Durch die erste Bedingung wird unter Anderem sichergestellt, dass unbeabsichtigte geringe Belastungen eines Pedals des Fahrrades oder eine ungewollte Abweichung eines Ausgangssignals des Drehmomentsensors von einem Null- Wert nicht als Anfahrwunsch interpretiert werden. Zudem führen kleinere Fehler oder Ungenauigkeiten im Messsignal des Drehmomentsensors nicht zu einem ungewollten Anfahren. Die zweite Bedingung ist abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors und/oder einer Anwendereingabe. Das bedeutet, dass der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments, die Motordrehzahl des Motors und/oder die Anwendereingabe ausgewertet werden und die zweite Bedingung dann erfüllt ist, wenn der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments, die Motordrehzahl und/oder die Anwendereingabe eine bestimmte Eigenart aufweist. Diese Parameter, von denen die zweite Bedingung abhängig ist, haben gemeinsam, dass diese einen Wunsch eines Fahrers des elektrischen Fahrrades für eine motorische Unterstützung erkennen lassen, auch wenn es dem Fahrer nicht möglich ist, die Pedale des Fahrrads zu bewegen, beispielsweise, weil dessen Kraft in einer Hanglage nicht dazu ausreicht. Es wird darauf hingewiesen, dass die Motordrehzahl des Motors im Rahmen des Prüfens der zweiten Bedingung erfasst wird, die Drehung des Motors aber nicht durch den Motor selbst verursacht wird, da dieser in dem ersten Betriebsmodus kein Motordrehmoment bereitstellt. Das bedeutet, dass die Drehung des Motors, die zu der Motordrehzahl führt, durch eine Bewegung des elektrischen Fahrrads verursacht wird, beispielsweise durch ein Rückwärtsrollen in einer Hanglage.
Die zweite Bedingung kann so formuliert sein, dass diese abhängig von einer Kombination der genannten Parameter ist, insbesondere abhängig von dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments und der Motordrehzahl, dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments und der Motordrehzahl, dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments und der Anwendereingabe oder abhängig von der Motordrehzahl und der Anwendereingabe ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist die zweite Bedingung von dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments abhängig und ist dann erfüllt, wenn der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments eine vordefinierte Eigenschaft aufweist. Es wird mit dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments somit nicht nur ein Momentanwert des Fahrerdrehmoments betrachtet, wie dies beispielsweise im Rahmen der ersten Bedingung möglich ist, sondern es wird das Fahrerdrehmoment über die Zeit betrachtet. Daraus ergeben sich zusätzliche Informationen. So kann beispielsweise detektiert werden, ob durch den Fahrer des elektrischen Fahrrads eine andauernde Handlung ausgeführt wird, die auf einen Wunsch nach einer Unterstützung durch den Motor schließen lässt.
Bevorzugt weist der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments die vordefinierte Eigenschaft auf, wenn das erfasste Fahrerdrehmoment über einen vordefinierten Zeitraum hinweg größer als ein zweiter Schwellenwert ist, ein Gradient des erfassten Fahrerdrehmoments größer als ein dritter Schwellenwert ist, und/oder ein Integral über den zeitlichen Verlauf des erfassten Fahrerdrehmoments über ein vordefiniertes Zeitintervall hinweg größer als ein vierter Schwellenwert ist. Mittels des zweiten Schwellenwerts kann somit definiert werden, wie lange der Fahrer ein Fahrerdrehmoment aufrechterhalten muss, damit daraus auf dessen Wunsch nach einer motorischen Unterstützung geschlossen werden kann. Der zweite Schwellenwert ist bevorzugt größer dem ersten Schwellenwert oder größer gleich dem ersten Schwellenwert. Weiter bevorzugt ist der zweite Schwellenwert gleich dem ersten Schwellenwert. Basierend auf dem dritte Schwellenwert kann insbesondere definiert werden, wie dynamisch der Fahrer auf das Pedal des Fahrrades einwirken muss, damit auf einen Fahrerwunsch nach motorischer Unterstützung geschlossen werden kann. Durch die Nutzung des Integrals und den vierten Schwellenwert wird ein System geschaffen, bei dem sowohl ein vergleichsweise kurzes Einwirken eines hohen Fahrerdrehmoments oder ein vergleichsweise langes Einwirken eines eher geringen Fahrerdrehmoments zu einem Erfüllen der zweiten Bedingung und somit zu einer motorischen Unterstützung führt. Die genannten vordefinierten Eigenschaften sind miteinander kombinierbar. So müssen optional entweder zwei oder alle der genannten vordefinierten Eigenschaften vorliegen, damit die zweite Bedingung erfüllt ist.
Bevorzugt ist die zweite Bedingung von der Motordrehzahl des Motors abhängig und ist dann erfüllt, wenn die Motordrehzahl des Motors unter einem vordefinierten fünften (negativem) Schwellenwert liegt, wobei die Motordrehzahl des Motors durch ein Rückwärtsrollen des Fahrrades verursacht wird und somit negativ ist. Die Motordrehzahl ist dabei positiv, wenn eine Drehung des Motors in eine Richtung erfolgt, die für einen Vortrieb des Fahrrades verwendet wird. Die Motordrehzahl ist dabei negativ, wenn eine Drehung des Motors in eine Richtung erfolgt, die durch ein Rückwärtsrollen des Fahrrades verursacht wird. Durch das Prüfen, ob die Motordrehzahl des Motors über einem vordefinierten fünften Schwellenwert liegt, wird erkannt, dass das elektrische Fahrrad bei dem Wunsch nach einem Bereitstellen der motorischen Unterstützung rückwärts rollt. Dies tritt typischerweise dann ein, wenn ein Fahrer des Fahrrades nicht genügend Kraft aufbringt, um das Fahrrad in einer Hanglage bergauf zu beschleunigen.
Weiter bevorzugt ist die zweite Bedingung von der Anwendereingabe abhängig und ist dann erfüllt, wenn durch einen Anwender über eine Eingabeeinheit eine vordefinierte Eingabe getätigt wird. So ist es vorteilhaft, wenn durch einen Anwender eine beliebige vordefinierte Aktion ausgeführt wird, durch welche der Anwender bewusst mitteilen kann, dass die motorische Unterstützung gewünscht ist.
Die Eingabeeinheit ist bevorzugt ein Taster und die Anwendereingabe ist ein Betätigen des Tasters über eine vordefinierte Zeit hinweg. Ein solcher Taster ist bevorzugt an einem Lenker des elektrischen Fahrrades angeordnet. Der Taster kann dabei auch digital implementiert sein, beispielsweise auf einem Touchscreen.
Weiter bevorzugt wird die zu erfüllende zweite Bedingung oder eine Kombination von zu erfüllenden zweiten Bedingungen abhängig von einer aktuellen vorliegenden Fahrsituation gewählt, die basierend auf erfassten Sensordaten bestimmt wird. So wird beispielsweise durch Sensoren des elektrischen Fahrrades ermittelt, ob das elektrische Fahrrad sich in einer Hanglage befindet. Ist dies der Fall, so kann die zweite Bedingung für diese Situation optimiert werden. Dabei wird beispielsweise die zweite Bedingung derart gewählt, dass diese abhängig von dem Gradienten des erfassten Fahrerdrehmoments und der Dauer, die das erfasste Fahrerdrehmoment über dem ersten Schwellenwert liegt, gewählt. Es kann somit eine situativ optimierte zweite Bedingung gewählt werden, welche abhängig von einer vorliegenden Fahrsituation den Fahrkomfort erhöht.
Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, in dem zweiten Betriebsmodus zu ermitteln, ob das von dem Motor bereitgestellte Motordrehmoment zu einer Bewegung des Motors führt, und in den ersten Betriebsmodus zu wechseln, wenn das von dem Motor bereitgestellte Motordrehmoment zu keiner Bewegung des Motors führt, und in einen dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn das von dem Motor bereitgestellte Motordrehmoment zu einer Bewegung des Motors führt. Es kann somit verhindert werden, dass eine dauerhafte Unterstützung durch den Motor bereitgestellt wird, die nicht zu einer Bewegung des elektrischen Fahrrades führt, aber zu einer Überhitzung des Motors führen könnte.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Motor des elektrischen Fahrrads in dem dritten Betriebsmodus derart anzusteuern, dass das Motordrehmoment abhängig von dem Fahrerdrehmoment bereitgestellt wird. Somit ist es vorteilhaft, wenn nach einem Test, ob eine Blockierung des Motors vorliegt, ein regulärer Fahrmodus bereitgestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine Darstellung eines elektrischen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ansteuern eines Motors, und
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Ansteuern eines Motors eines elektrischen Fahrrads.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Fahrrades 10, beispielsweise eines Pedelecs, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Ansteuern eines Motors 2 des elektrischen Fahrrads 10 umfasst. Durch die Vorrichtung 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Ansteuern des Motors 2 des elektrischen Fahrrads 10 ausgeführt, wobei ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 in Figur 2 dargestellt ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine Steuereinheit 3, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren 100 auszuführen. An dem Motor 2 des elektrischen Fahrrades 10 ist ein Motordrehzahlsensor 4 angeordnet, welcher eine Komponente der Vorrichtung 1 ist oder dieser Informationen bereitstellt. An dem elektrischen Fahrrad 10 ist ferner ein Fahrerdrehmomentsensor 5 angeordnet, welcher eine Komponente der Vorrichtung 1 ist oder dieser Informationen bereitstellt.
Die Steuereinheit 3 ist dazu eingerichtet, den Motor 2 des elektrischen Fahrrads anzusteuern. Dabei ist die Steuereinheit 3 dazu eingerichtet, den Motor 2 zumindest in einem ersten Betriebsmodus 101 und in einem zweiten Betriebsmodus 102 anzusteuern. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist die Steuereinheit 3 ferner dazu eingerichtet, den Motor 2 des elektrischen Fahrrades 10 auch in einem dritten Betriebsmodus 104 und in einem vierten Betriebsmodus 107 anzusteuern. Abhängig von dem vorliegenden Betriebsmodus wird der Motor 2 des elektrischen Fahrrads 10 in unterschiedlicher Weise angesteuert.
Mit Bezug auf Figur 2 erfolgt das Ansteuern des Motors 2 zunächst in dem ersten Betriebsmodus 101. In dem ersten Betriebsmodus 101 wird der Motor 2 derart angesteuert, dass keine Unterstützung für einen Antrieb des elektrischen Fahrrads 10 durch den Motor 2 bereitgestellt wird. Dabei wird durch den Motor 2 kein Motordrehmoment bereitgestellt. Der erste Betriebsmodus 101 ist somit ein Modus, der typischerweise dann vorliegt, wenn das elektrische Fahrrad 10 steht und keine motorische Unterstützung durch den Anwender gewünscht ist.
In dem zweiten Betriebsmodus 102 wird der Motor 2 derart von der Steuereinheit 3 angesteuert, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor 2 bereitgestellt wird.
Durch die Steuereinheit 3 ist eine Entscheidung zu treffen, wann ein Wechsel 103 von dem ersten Betriebsmodus 101 in den zweiten Betriebsmodus 102 erfolgen soll. Dieser Wechsel soll dann erfolgen, wenn festgestellt wird, dass eine motorische Unterstützung durch den Motor 2 von einem Fahrer des elektrischen Fahrrads 10 gewünscht wird. Hierbei ist es eine Herausforderung, dass keine ungewollten Bewegungen der Pedale dazu führen, dass bereits eine motorische Unterstützung bereitgestellt wird, da dies zu einer ungewollten Bewegung des elektrischen Fahrrades 10 führen würde. Gleichzeitig wird dabei angestrebt, dass der Wunsch nach einer Unterstützung durch den Motor 2 möglichst schnell, aber auch zuverlässig, detektiert wird, damit das elektrische Fahrrad 10 ein dynamisches Fahrverhalten aufweist. Dies wird durch die Vorrichtung 1 dadurch erreicht, dass ein Wechsel von dem ersten Betriebsmodus 101 in den zweiten Betriebsmodus 102 dann erfolgt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Es wird somit durch die Steuereinheit 3 geprüft, ob die mit einer ersten Bedingung definierten Parameter und die mit einer zweiten Bedingung definierten Parameter gegeben sind, und in Reaktion auf ein Vorliegen dieser durch die Bedingungen definierten Parameter erfolgt ein Wechsel 103 von dem ersten Betriebsmodus 101 in den zweiten Betriebsmodus 102.
Die erste Bedingung ist dann erfüllt, wenn ein von dem Fahrer des Fahrrades 10 auf die Pedale des Fahrrades 10 ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt. Dazu wird beispielsweise ein Ausgangssignal des Fahrerdrehmomentsensors 5 mit einem durch den ersten Schwellenwert vordefinierten Vergleichswert verglichen, und wenn das gemessene Fahrerdrehmoment den ersten Schwellenwert überschreitet, so ist die erste Bedingung erfüllt. So könnte beispielsweise der erste Schwellenwert zu 12,5 Nm gewählt sein und die erste Bedingung ist dann erfüllt, wenn von dem Fahrer des elektrischen Fahrrades 10 ein Fahrerdrehmoment ausgeübt wird, welches diese 12,5 Nm überschreitet.
Durch die zweite Bedingung wird u.a. sichergestellt, dass das Motordrehmoment von dem Motor 2 noch nicht bereitgestellt wird, wenn ein vergleichsweise hohes Fahrerdrehmoment ungewollt ausgeübt wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein Anfahrvorgang scheitert, beispielsweise, weil der Fahrer vom Pedal abrutscht, oder wenn der Fahrer sein Bein lediglich auf dem Pedal ruhen lässt. Zudem wird sichergestellt, dass kleinere Fehler und Ungenauigkeiten im Sensorsignal nicht fälschlicherweise als Anfahrwunsch des Fahrers erkannt werden. Das Erkennen eines Wunsches nach einer motorischen Unterstützung soll mittels der zweiten Bedingung unabhängig von einer vorliegenden Fahrsituation oder Geländesituation zuverlässig erfolgen. Dabei ist ein reaktionsschnelles Detektieren der zweiten Bedingung wünschenswert, damit die motorische Unterstützung bei Fahrerwunsch schnell bereitgestellt wird. Dies ist beispielsweise bei einem Anfahren am Berg wichtig, da eine fehlende motorische Unterstützung zu einem Rückwärtsrollen des Fahrrades führen könnte.
Nachfolgend werden unterschiedliche Optionen zur Gestaltung der zweiten Bedingung aufgeführt. Diese sind miteinander kombinierbar und jede dieser beispielhaften zweiten Bedingung ist abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors 2 oder einer Anwendereingabe.
Die zweite Bedingung ist beispielsweise derart gestaltet, dass diese von dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments abhängig ist und dann erfüllt ist, wenn der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments eine vordefinierte Eigenschaft aufweist.
Die vordefinierte Eigenschaft ist dabei beispielsweise, dass das erfasste Fahrerdrehmoment über einen vordefinierten Zeitraum hinweg größer als ein zweiter Schwellenwert ist. Der zweite Schwellenwert ist dabei größer als der erste Schwellenwert der ersten Bedingung. So ist der zweite Schwellenwert bevorzugt in einem Bereich zwischen 50Nm bis 100Nm gewählt, beispielsweise zu 80Nm gewählt. Somit muss das durch den Fahrerdrehmomentsensor 5 erfasste Fahrerdrehmoment für eine applizierbare Zeit über dem zweiten Schwellenwert liegen, damit die zweite Bedingung erfüllt ist. So ist die applizierbare Zeit bevorzugt in einem Bereich zwischen 30ms und 400ms gewählt, beispielsweise zu 200ms gewählt.
Die vordefinierte Eigenschaft ist dabei beispielsweise, dass ein Gradient des erfassten Fahrerdrehmoments größer als ein dritter Schwellenwert ist. Es muss somit ein Gradient eines Drehmomentsignals des Fahrerdrehmomentsensors 5 über eine applizierbare Zeit hinweg oberhalb des dritten Schwellenwerts liegen. Dabei ist die applizierbare Zeit bevorzugt in einem Bereich zwischen 30ms und 400ms gewählt, beispielsweise zu 200ms gewählt. Dabei ist der dritte Schwellenwert bevorzugt in einem Bereich zwischen 50Nm/s bis 500Nm/s gewählt, beispielsweise zu 200Nm/s gewählt. Es wird auf diese Weise beispielsweise unterbunden, dass ein langsames Ansteigen des Fahrerdrehmoments zu einem Erfüllen der zweiten Bedingung und zu einer motorischen Unterstützung durch den Motor 2 führt. Damit werden beispielsweise Situationen abgedeckt, in denen ein Ruhen des Fahrers auf dem Pedal vorliegt, ohne dass ein Anfahren erfolgt oder in denen ein Fahrrad durch ein Fahrerdrehmoment am Hang in Position gehalten wird. Zudem würde so der Fehlerfall eines langsamen Drifts im Sensorsignal abgefangen werden.
Die vordefinierte Eigenschaft ist dabei beispielsweise, dass ein Integral über den zeitlichen Verlauf des erfassten Fahrerdrehmoments über ein vordefiniertes Zeitintervall hinweg größer als ein vierter Schwellenwert ist. Das bedeutet, dass das integrierte Fahrerdrehmomentsignal, welches von dem Fahrerdrehmomentsensor 5 erfasst wird, und welches über eine applizierbare Zeit integriert wird, oberhalb des vierten Schwellenwerts liegen muss. Mathematisch bedeutet dies, dass das Ergebnis des folgenden Terms mit dem vierten Schwellenwert verglichen wird:
Dabei ist ti die applizierbare Zeit und MFahrer(t) das Fahrerdrehmoment über die Zeit.
Die zweite Bedingung kann somit, wie auch die erste Bedingung, aus dem gemessenen Fahrerdrehmoment abgeleitet werden, das von dem Fahrerdrehmomentsensor 5 bereitgestellt wird. Damit muss die zweite Bedingung jedoch härtere Kriterien als die erste Bedingung erfüllen.
Je nach möglicherweise auftretenden Fehlerbildern des Fahrerdrehmomentsensors 5, welche zum Beispiel zu einer Auslösung der ersten Bedingung führen könnten, können die zuvor genannten Optionen für die zweite Bedingung auch miteinander kombiniert werden, um einen ungewollten Wechsel in den zweiten Betriebsmodus zu verhindern. In einer beispielhaften Implementierung muss das Fahrerdrehmoment über 12,5Nm liegen, um die erste Bedingung zu erfüllen, und der Momentengradient muss für eine Zeitdauer von 200ms über dem dritten Schwellenwert von 200 Nm/s liegen. Insbesondere in dieser Kombination ist der Fall eines impulsiven dynamischen Anfahrens an Steigungen abgedeckt. Gemäß diesem Beispiel ist es also auch vorteilhaft, wenn die zweite Bedingung erst dann erfüllt ist, wenn der Gradient des erfassten Fahrerdrehmoments für eine vordefinierte Zeit oberhalb des dritten Schwellenwert liegt. Der hohe Schwellenwert und der spezifische Signalverlauf (stark ansteigendes Moment) verringert das Risiko einer fehlerhaften Auslösung der motorischen Unterstützung.
Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Bedingung von der Motordrehzahl des Motors 2 abhängig, die durch den Drehzahlsensor 4 erfasst wird. Die zweite Bedingung ist bevorzugt dann erfüllt, wenn die Motordrehzahl des Motors 2 unter einem vordefinierten fünften negativen Schwellenwert liegt. Wenn das elektrische Fahrrad 10 rückwärts bewegt wird, dreht sich auch der komplette Antriebsstrang rückwärts. Der Antriebsstrang umfasst dabei das Hinterrad, das Ritzelpaket, die Kette, das Kettenblatt, die Pedale (nur bei Systemen ohne Fahrerfreilauf) und den Motor 2 des elektrischen Fahrrads. Diese Bewegung kann durch eine Rotorlagesensorik des Motors erkannt werden, welche beispielsweise als Drehzahlsensor 4 genutzt wird. Dieser Fall tritt z.B. auf, wenn der Fahrer des elektrischen Fahrrads 10 versucht, an einem Berg anzufahren, jedoch nicht genügend Fahrerdrehmoment aufbringt, um das elektrische Fahrrad 10 in eine Vorwärtsbewegung zu versetzen. Stattdessen rollt das elektrische Fahrrad 10 rückwärts und der Motor 2 dreht sich ebenfalls rückwärts. Liegt die Motordrehzahl des Motors 2, unterhalb einer applizierbaren negativen Schwelle, hier dem fünften Schwellenwert, so ist die zweite Bedingung erfüllt. Die mit der zweiten Bedingung betrachtete Motordrehzahl des Motors 2 wird dabei durch ein Rückwärtsrollen des Fahrrades 10 verursacht.
Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Bedingung von der Anwendereingabe abhängig. Dabei ist die zweite Bedingung beispielsweise dann erfüllt, wenn durch einen Anwender über eine Eingabeeinheit eine vordefinierte Eingabe getätigt wird. Die vordefinierte Eingabe ist dabei beispielsweise ein Betätigen eines Tasters über eine vordefinierte Zeit hinweg. So kann die zweite Bedingung ein Auslösen eines (dafür dedizierten) Tasters 6, also eines Knopfes, an einem Bedienelement des elektrischen Fahrrades 10 sein. Dies kann ein singuläres Ereignis sein. Das bedeutet, der Taster 6 wird einmal kurz gedrückt, oder der Knopf muss für eine applizierbare Zeit gedrückt bleiben, damit die zweite Bedingung erfüllt ist. In dem zweiten Fall kann der Taster 6 mit mehreren Funktionen belegt werden, wobei z.B. der Taster für ein Hochschalten eines Assistenzmodus zugleich als Eingabeeinheit für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt wird. Vorteilhaft ist hier auch eine direkte Unterstützung durch den elektrischen Motor 2, die durch ein Betätigen des Tasters 6 ausgelöst wird.
Wie bereits ausgeführt, sind die hier beispielhaft aufgeführten zweiten Bedingungen miteinander kombinierbar. Eine zweite Bedingung kann somit aus mehreren Unterbedingungen bestehen.
Bevorzugt wird die zu erfüllende zweite Bedingung oder die Kombination von zu erfüllenden zweiten Bedingungen abhängig von einer aktuell vorliegenden Fahrsituation gewählt, die basierend auf erfassten Sensordaten bestimmt wird. So kann das zuvor beschriebene Auslösen der motorischen Unterstützung in einer Anlage beispielsweise mittels einer spezifischen Kombination zweiter Bedingungen ausgelöst werden und dies erfolgt nur dann, wenn eine Hanglage des elektrischen Fahrrads 10 durch einen Lagesensor detektiert wird.
Ist die zweite Bedingung erfüllt, so wechselt die Steuereinheit in den zweiten Betriebsmodus 102. In dem zweiten Betriebsmodus 102 werden durch den Motor
2 in der hier beschriebenen Ausführungsform einzelne Drehmomentpulse bereitgestellt, wobei detektiert wird, ob der Motor 2 sich bei dem Bereitstellen der Drehmomentpulse dreht oder nicht. Dies wird mittels des Motordrehzahlsensors 4 ermittelt, durch welchen die Motordrehzahl des Motors 2 erfasst wird. Führt das zeitweise Bereitstellen des Motordrehmoments in dem zweiten Betriebsmodus 102 nicht zu einer Drehung des Motors 2, so wechselt die Steuereinheit zurück in den ersten Betriebsmodus 101 , da von einer Blockierung des Motors 2 auszugehen ist. Dieses Zurückwechseln erfolgt gemäß Figur 2 in einem Wechselschritt 106.
Wird hingegen festgestellt, dass der kurzzeitig bereitgestellte Motordrehmoment zu einer Bewegung des Motors 2 führt, so wird in einem Wechselschritt 105 von dem zweiten Betriebsmodus 102 in einen dritten Betriebsmodus 104 gewechselt. In dem dritten Betriebsmodus 104 wird der Motor 2 durch die Steuereinheit 3 derart angesteuert, dass das Motordrehmoment abhängig von einem Fahrerdrehmoment bereitgestellt wird. Das Fahrerdrehmoment wird dabei durch den Fahrerdrehmomentsensor 5 erfasst und wird mittels eines zugehörigen Algorithmus in einen angeforderten Motordrehmoment umgesetzt, welcher dann durch den Motor 2 bereitgestellt wird. In dem dritten Betriebsmodus 104 erfolgt also ein typischer regulärer Fährbetrieb des elektrischen Fahrrads 10.
Das in Figur 2 gezeigte Verfahren umfasst ferner bevorzugt einen Motorblockierungsschutz zum Schutz des Motors 2 bei einer Blockierung nach einer Freigabe der motorischen Unterstützung und eines Betriebs der Steuereinheit 3 in dem dritten Betriebsmodus 104. So wechselt die Steuereinheit
3 beispielsweise in einen vierten Betriebsmodus 107, wenn in dem dritten Betriebsmodus 104 eine Blockierung des Motors 2 auftritt. In dem vierten Betriebsmodus 107 wird in diesem Fall das Motordrehmoment des Motors 2 kontinuierlich verringert, bis die Blockierung aufgehoben ist. Dadurch wird ein Überhitzen des Motors 2 verhindert. Wird die Blockierung aufgehoben, so wechselt die Steuereinheit 3 in einem Wechselschritt 109 zurück in den dritten Betriebsmodus 104.
Entfällt eine Anforderung für die motorische Unterstützung, unabhängig davon, ob die Steuereinheit 3 sich in dem dritten Betriebsmodus 104 oder in dem vierten Betriebsmodus 107 befindet, so kehrt die Steuereinheit 3 in einem jeweils zugehörigen Wechselschritt 110, 111 zurück in den ersten Betriebsmodus 101.
Neben der obenstehenden Beschreibung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 und 2 verwiesen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Ansteuern eines Motors (2) eines elektrischen Fahrrads (10), umfassend eine Steuereinheit (3), welche dazu eingerichtet ist:
- den Motor (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem ersten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem ersten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass kein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird, und
- den Motor (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird,
- wobei die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung erfüllt ist,
- wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein von einem Fahrer des Fahrrades (10) auf die Pedale des Fahrrades (10) ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt, und
- wobei die zweite Bedingung abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors (2) und/oder einer Anwendereingabe ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die zweite Bedingung von dem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments abhängig ist und dann erfüllt ist, wenn der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments eine vordefinierte Eigenschaft aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der zeitliche Verlauf des Fahrerdrehmoments die vordefinierte Eigenschaft aufweist, wenn:
• das erfasste Fahrerdrehmoment über einen vordefinierten Zeitraum hinweg größer als ein zweiter Schwellenwert ist, • ein Gradient des erfassten Fahrerdrehmoments größer als ein dritter Schwellenwert ist, und/oder
• ein Integral über den zeitlichen Verlauf des erfassten Fahrerdrehmoments über ein vordefiniertes Zeitintervall hinweg größer als ein vierter Schwellenwert ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Bedingung von der Motordrehzahl des Motors (2) abhängig ist und dann erfüllt ist, wenn die Motordrehzahl des Motors (2) unter einem vordefinierten fünften negativen Schwellenwert liegt, wobei die Motordrehzahl des Motors (2) durch ein Rückwärtsrollen des Fahrrades (10) verursacht wird.
5. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Bedingung von der Anwendereingabe abhängig ist und dann erfüllt ist, wenn durch einen Anwender über eine Eingabeeinheit eine vordefinierte Eingabe getätigt wird.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Eingabeeinheit ein Taster ist, und die Anwendereingabe ein Betätigen des Tasters über eine vordefinierte Zeit hinweg ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zu erfüllende zweite Bedingung oder eine Kombination von zu erfüllenden zweiten Bedingungen abhängig von einer aktuell vorliegenden Fahrsituation gewählt wird, die basierend auf erfassten Sensordaten bestimmt wird.
8. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist,
- in dem zweiten Betriebsmodus zu ermitteln, ob das von dem Motor (2) bereitgestellte Motordrehmoment zu einer Bewegung des Motors (2) führt, und
- in den ersten Betriebsmodus zu wechseln, wenn das von dem Motor (2) bereitgestellte Motordrehmoment zu keiner Bewegung des Motors (2) führt, und
- in einen dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn das von dem Motor (2) bereitgestellte Motordrehmoment zu einer Bewegung des Motors (2) führt.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, den Motor (2) des elektrischen Fahrrads (10) in dem dritten Betriebsmodus derart anzusteuern, dass das Motordrehmoment abhängig von dem Fahrerdrehmoment bereitgestellt wird.
10. Verfahren (100) zum Ansteuern eines Motors (2) eines elektrischen Fahrrads (10), umfassend:
- Ansteuern (101) des Motors (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem ersten Betriebsmodus, wobei in dem ersten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass kein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird,
- Ansteuern (102) des Motors (2) des elektrischen Fahrrads (10) in einem zweiten Betriebsmodus, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Motor (2) derart angesteuert wird, dass zumindest kurzzeitig ein Motordrehmoment von dem Motor (2) bereitgestellt wird, und
- Wechseln (103) von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus, wenn eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein von einem Fahrer des Fahrrades (10) auf die Pedale des Fahrrades (10) ausgeübtes Fahrerdrehmoment erfasst wird, welches über einem vordefinierten ersten Schwellenwert liegt, und wobei die zweite Bedingung abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments, einer Motordrehzahl des Motors (2) und/oder einer Anwendereingabe ist.
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