ES2839475T3 - Procedimiento de control y controlador para el ajuste de una velocidad de asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica - Google Patents

Procedimiento de control y controlador para el ajuste de una velocidad de asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica Download PDF

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Abstract

Procedimiento de control para una asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica (100), donde la bicicleta eléctrica (100) comprende al menos un motor eléctrico (101) para impulsar la bicicleta eléctrica (100), un controlador (104), que ejecuta el procedimiento de control, y un mecanismo de cambio de marchas (103) para cambiar una relación de transmisión (i) entre un eje del pedal (105) y un eje de rueda trasera, presentando una detección (201) de una activación de asistencia a la tracción, donde cuando se detecta una activación se realizan al menos los siguientes pasos, - control (202) del motor eléctrico (101) en función de una velocidad máxima de asistencia a la tracción para generar una velocidad (v) de la bicicleta eléctrica (100), donde el control (202) se lleva a cabo con un par de arranque constante (MStart) y se supone que la relación de transmisión (i) introducida corresponde a la relación de transmisión más alta (imax) del mecanismo de cambio de marchas (103), de forma que siempre se obtenga una velocidad menor o igual que la velocidad máxima para la asistencia a la tracción, - detección (210) de una velocidad de motor instantánea (n) del motor eléctrico (101), - detección (220) de la velocidad instantánea (v) de la bicicleta eléctrica (100), - determinación (230) de la relación de transmisión introducida (i) del mecanismo de cambio de marchas (103) en función de la velocidad del motor detectada (n) y de la velocidad detectada (v), y - regulación (240) del motor eléctrico (101) en función de la relación de transmisión (i) determinada y de la velocidad máxima de asistencia a la tracción para ajustar la velocidad (v), donde se aumenta la velocidad (v) y no se supera la velocidad máxima, - donde en una primera pasada del procedimiento de control, la detección (220) de la velocidad (v) se realiza por medio de un sensor de aceleración y después de la detección de la velocidad instantánea (v) por medio de un sensor Reed o GPS, se repiten los pasos posteriores al control (202).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control y controlador para el ajuste de una velocidad de asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica
La presente invención se relaciona con un procedimiento de control para adaptar una velocidad de asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica, así como un controlador, que está configurado para llevar a cabo este procedimiento. La invención se relaciona además con una bicicleta eléctrica con el controlador.
Estado actual de la técnica
En los documentos DE 20 2005 018 126 U1 y DE 20 2005 006 684 U1 se describe en cada caso un modo de operación de asistencia de arranque para una bicicleta eléctrica, donde la asistencia de arranque también puede utilizarse como asistencia a la tracción. La asistencia de arranque se activa presionando un interruptor en el manillar. Mediante la activación, el motor eléctrico produce un momento de giro para impulsar la bicicleta eléctrica sin asistencia al pedaleo del ciclista. De este modo se obtiene una velocidad de la bicicleta eléctrica justo por debajo o igual a la velocidad límite legalmente prescrita para una asistencia de arranque o de tracción. En el documento DE 20 2005 018 126 U1, la bicicleta eléctrica tiene además un mecanismo de cambio de marchas para cambiar la relación de transmisión entre el eje del pedal y el eje de la rueda trasera. Para generar una velocidad definida de la asistencia de arranque, el cambio de marcha se cambia a una relación de transmisión conocida.
El documento DE 601 10 853 T2 describe una bicicleta accionada por motor con un motor de accionamiento. El motor de accionamiento está configurado para generar una potencia de conducción autónoma en respuesta a una activación de la palanca de accionamiento por parte de un conductor.
El documento D2 (EP 2 957 449 A1), que muestra una asistencia a la tracción con el estado de la técnica más próximo, revela una bicicleta asistida por batería que está configurada para actuar como refuerzo para un ciclista por medio de un motor eléctrico. El control de asistencia a la tracción determina la velocidad del vehículo a través de la velocidad de la rueda delantera y determina si la velocidad es inferior o igual a una velocidad prescrita. Esta velocidad prescrita puede alcanzar, por ejemplo, 5 km/h.
El objeto de la presente invención es mejorar el ajuste de una velocidad durante una operación de asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica.
Divulgación de la invención
El objeto se resuelve según las reivindicaciones independientes 1 y 3.
La presente invención se relaciona con un procedimiento de control para ajustar una velocidad de asistencia a la tracción sin cambiar a una relación de transmisión conocida de un mecanismo de cambio de marchas de la bicicleta eléctrica. La invención se relaciona también con un controlador, que está configurado para realizar el procedimiento de control, así como con una bicicleta eléctrica con el controlador.
La bicicleta eléctrica comprende al menos un motor eléctrico para impulsar la bicicleta eléctrica, un controlador para controlar el motor eléctrico y un mecanismo de cambio de marchas para cambiar la relación de transmisión entre el eje del pedal y el eje de la rueda trasera. Además, la bicicleta eléctrica tiene un sensor para detectar la velocidad instantánea de la bicicleta eléctrica. El sensor es, por ejemplo, un sensor Reed, que normalmente tiene un imán en el radio de una rueda motriz. Un sensor Reed requiere una a dos revoluciones completas de la rueda o dos impulsos Reed para detectar la velocidad. Alternativamente, el sensor puede comprender un sensor GPS. Para una detección más rápida de la velocidad de asistencia a la tracción, el sensor puede tener alternativamente un sensor de aceleración. La bicicleta eléctrica está configurada para realizar el procedimiento de control conforme a la invención. El procedimiento de control para la asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica comprende al menos una detección de una activación de asistencia a la tracción. Cuando se detecta la activación, en el siguiente paso se genera un par de arranque constante controlando el motor eléctrico, por lo que la bicicleta eléctrica se acelera y se obtiene una velocidad de la bicicleta eléctrica. El control del motor eléctrico para generar el par de arranque constante tiene lugar en función de una velocidad máxima para una asistencia a la tracción, que es, por ejemplo, prescrita legalmente en Alemania, de 6 km/h. La velocidad resultante depende además de la relación de transmisión introducida del mecanismo de cambio de marchas o de la transmisión. Para ajustar la velocidad, el procedimiento de control comprende una detección de la velocidad instantánea del motor eléctrico y una detección de la velocidad instantánea de la bicicleta eléctrica. En función de la velocidad del motor detectada y de la velocidad detectada, se determina la relación de transmisión del mecanismo de cambio de marchas o de la transmisión. La velocidad de la bicicleta eléctrica se ajusta en el siguiente paso regulando el motor eléctrico en función de la relación de transmisión determinada y de la velocidad máxima, que no se supera. En comparación con la técnica anterior, no se requiere además para la asistencia a la tracción ningún cambio en una relación de transmisión definida del mecanismo de cambio de marchas.
En un perfeccionamiento adicional de la invención, la detección de la activación de asistencia a la tracción se produce automáticamente cuando se detecta una aceleración de la bicicleta eléctrica en la dirección de avance y una velocidad inferior a 6 km/h y no se detecta ninguna cadencia del ciclista ni carga de peso sobre el sillín de la bicicleta eléctrica. La activación automática de asistencia a la tracción eleva la comodidad y la seguridad de asistencia a la tracción porque, por ejemplo, se pueden utilizar ambas manos para conducir la bicicleta eléctrica y la atención del ciclista puede dirigirse sin obstáculos al tráfico.
El controlador conforme a la invención comprende al menos una unidad de procesamiento, que detecta la activación de asistencia a la tracción. Cuando se detecta una activación, se emite una señal de control para el motor eléctrico para generar el par de arranque constante. A continuación, la unidad de procesamiento detecta la velocidad del motor instantánea del motor eléctrico y la velocidad instantánea de la bicicleta eléctrica. La unidad de procesamiento regula la señal de control para el motor eléctrico en función de la velocidad del motor detectada y de la velocidad detectada o en función de la relación de transmisión del mecanismo de cambio de marchas determinada y de la velocidad máxima de asistencia a la tracción para adaptar la velocidad de la bicicleta eléctrica.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se explica a continuación en base a formas de ejecución preferidas y a los dibujos adjuntos. Figura 1: bicicleta eléctrica
Figura 2: diagrama de flujo del procedimiento de control para la asistencia a la tracción
Figura 3: controlador
Figura.4: diagrama del ajuste de la velocidad mediante el procedimiento de control
Ejemplos de ejecución
En la Figura 1 se esboza una bicicleta eléctrica 100. La bicicleta eléctrica 100 tiene un motor eléctrico 101 y un controlador 104 para controlar el motor eléctrico 101. Además, hay un mecanismo de cambio de marchas 103 o una transmisión para cambiar la relación de transmisión dispuesto/a en la bicicleta eléctrica 100 entre el eje del pedal 105 o el motor eléctrico 101 y el eje de la rueda trasera. La bicicleta eléctrica 100 tiene también al menos un sensor 106 para detectar la velocidad instantánea de la bicicleta eléctrica 100. El sensor 106 puede ser, por ejemplo, un sensor Reed, por ejemplo, donde en al menos un radio 107 de una rueda 109 de la bicicleta eléctrica 100 hay dispuesto un imán 108 del sensor 106. Alternativamente, el sensor 106 puede ser un sensor GPS o un sensor de aceleración, donde el sensor GPS y/o el sensor de aceleración está dispuesto preferentemente en el controlador 104. Opcionalmente, la bicicleta eléctrica 100 puede tener un sensor 102 adicional para detectar la velocidad de motor n del motor eléctrico 101 y/o un sensor 110 adicional para detectar la carga de peso sobre el sillín 111 y/o un sensor 112 para detectar la cadencia en el eje del pedal 105.
En la Figura 2 se representa un diagrama de flujo del procedimiento conforme a la invención. Primero se lleva a cabo un reconocimiento 201 de una activación de asistencia a la tracción. Cuando no se haya reconocido ninguna activación, no se llevan a cabo los siguientes pasos del procedimiento de control para la asistencia a la tracción. La detección 201 de la activación puede realizarse, por ejemplo, detectando una entrada manual por parte del ciclista o accionando manualmente un interruptor. En un perfeccionamiento adicional de la invención, la detección 201 de la activación de asistencia a la tracción 201 se lleva a cabo automáticamente evaluando al menos una magnitud de medida de al menos un sensor, donde preferentemente se evalúan varias magnitudes de sensor. Por ejemplo, la detección automática 201 se realiza mediante los sensores 106, 110 y 112, cuando se detecte una aceleración de la bicicleta eléctrica en la dirección de avance y una velocidad inferior a 6 km/h, y no se detecte ninguna cadencia del ciclista y ninguna carga de peso sobre el sillín de la bicicleta eléctrica.
Cuando se haya reconocido la activación de asistencia a la tracción en el paso 201, en el siguiente paso 202, controlando el motor eléctrico, se genera un par de arranque constante para impulsar la bicicleta eléctrica. Para la asistencia a la tracción de la bicicleta eléctrica 100 no puede superarse una velocidad máxima legalmente prescrita y específica del país. Esta velocidad máxima es en Alemania de 6 km/h. Dado que el control 202 con el par de arranque constante se basa en la más alta relación de transmisión introducida, se obtiene siempre una velocidad menor o igual que la velocidad máxima para la asistencia a la tracción. Con una relación de transmisión introducida i menor que la relación de transmisión más alta imax, es decir, i < imax, se genera, por ejemplo, una velocidad de 2 km/h. A continuación, se lleva a cabo una detección 210 de una velocidad instantánea de motor n del motor eléctrico y una detección 220 de la velocidad instantánea v de la bicicleta eléctrica. La velocidad instantánea v se detecta, por ejemplo, mediante un sensor Reed o un sensor GPS. Alternativamente, la detección 220 de la velocidad v de la bicicleta eléctrica se realiza integrando los valores de aceleración detectados de la bicicleta eléctrica en la dirección de avance o por medio de un sensor Reed excluyendo las velocidades más altas como estimación. En el siguiente paso 230 se determina la relación de transmisión i introducida del mecanismo de cambio de marchas como una función de la velocidad del motor n detectada y la velocidad v detectada. La determinación 230 de la relación de transmisión i introducida puede realizarse, por ejemplo, según la ecuación (1), donde se tiene en cuenta la relación de transmisión i* entre el motor eléctrico y el eje del pedal y la circunferencia externa de la rueda U de una de las ruedas motrices.
Figure imgf000004_0001
En el siguiente paso, se realiza un control 240 del motor eléctri
en función de la relación de transmisión determinada i y de la velocidad máxima para la asistencia a la tracción. Además, se aumenta particularmente la velocidad v, donde no se sobrepasa una velocidad máxima vmax legalmente prescrita. Repitiendo los pasos posteriores al control 202 se ajusta en varias etapas la velocidad v de asistencia a la tracción. Por ejemplo, en una primera pasada del procedimiento de control, la velocidad v se detecta mediante un sensor de aceleración. Al integrar temporalmente los valores de aceleración detectados de la bicicleta eléctrica en la dirección de avance, se determina la velocidad rápido, pero de forma relativamente imprecisa. Mediante el control 240 del motor eléctrico en función de la velocidad determinada se lleva a cabo un ajuste de la velocidad de asistencia a la tracción poco después del arranque de asistencia a la tracción. Debido a la inexactitud de la determinación de la velocidad en base a los valores de aceleración detectados, este control 240 también puede tener lugar en función de un factor de seguridad cs, con lo que se obtiene una velocidad de asistencia a la tracción sensiblemente inferior a la velocidad máxima. Tras la detección de la velocidad instantánea v por medio de un sensor Reed o GPS, es decir, después del segundo impulso Reed, se repiten los pasos posteriores al control 202. Por tanto, la velocidad v de asistencia a la tracción puede elevarse escalonadamente mediante el procedimiento de control sin que se supere la velocidad máxima.
En la Figura 3 se representa el controlador 104 conforme a la invención. El controlador 104 está configurado para llevar a cabo el procedimiento de control para la asistencia a la tracción. Comprende una unidad de procesamiento 301. La unidad de procesamiento 301 detecta una activación de asistencia a la tracción y, al detectar la activación, genera una señal de control para el motor eléctrico. Mediante la señal de control se genera un par de arranque constante MStart del motor eléctrico 101 en función de la velocidad máxima vmax. La unidad de procesamiento 301 detecta además una variable que representa la velocidad instantánea v de la bicicleta eléctrica del sensor 106 y una variable que representa la velocidad de motor instantánea n del motor eléctrico 101. La unidad de procesamiento 301 regula la señal de control para el motor eléctrico 101 en función de la velocidad v detectada y de la velocidad de motor n detectada.
En la Figura 4 se representa un ejemplo de ejecución del procedimiento de control como diagrama. En el instante fe, se detecta una activación de asistencia a la tracción en el punto 401, y a continuación se genera desde el instante fe al instante t1 en el área 411 un par de arranque constante MStart del motor eléctrico. Para no exceder la velocidad máxima vmax al acelerar la bicicleta eléctrica mediante el par de arranque constante MStart en el área 411, se supone que la relación de transmisión i introducida corresponde a la más alta relación de transmisión imax del mecanismo de cambio de marchas o de la transmisión. La velocidad v1 alcanzada en el instante ti en el punto 402 es en este ejemplo menor que la velocidad máxima vmax, porque la relación de transmisión introducida es menor que la relación de transmisión más alta (i <imax). Desde el instante t hasta el instante t2, es decir, en la zona 412, la bicicleta eléctrica se desplaza a la velocidad constante v1, donde se detectan la velocidad instantánea v1 y la velocidad instantánea del motor n. Hasta el instante t2, véase el punto 403, la relación de transmisión se determina en función de la velocidad detectada v y de la velocidad del motor n detectada. En el instante fe se lleva a cabo la regulación del motor eléctrico en función de la relación de transmisión determinada, por lo cual se incrementa el par de arranque generado del motor eléctrico. Mediante el momento de giro elevado del motor eléctrico se acelera la bicicleta eléctrica hasta el instante fe, es decir, en la zona 413. De este modo se obtiene hasta el instante fe o el punto 404 la velocidad v2 , que, por ejemplo, es justo inferior a la velocidad máxima vmax. Esta velocidad v2 permanece constante, por ejemplo, hasta el instante fe. Alternativamente, se puede ajustar de nuevo mediante el procedimiento de control. La asistencia a la tracción se desactiva en el instante fe o en el punto 405. Mediante la desactivación, la bicicleta eléctrica rueda hasta parar en el instante fe o en el punto 406, donde el ciclista puede frenar la bicicleta eléctrica con una fuerza manual. Alternativamente, la bicicleta eléctrica se frena desactivando la asistencia a la tracción además activando un freno mecánico o activando el motor eléctrico, de forma que tras la desactivación el trayecto recorrido se minimice hasta el instante fe o el punto 406 '.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de control para una asistencia a la tracción de una bicicleta eléctrica (100), donde la bicicleta eléctrica (100) comprende al menos un motor eléctrico (101) para impulsar la bicicleta eléctrica (100), un controlador (104), que ejecuta el procedimiento de control, y un mecanismo de cambio de marchas (103) para cambiar una relación de transmisión (i) entre un eje del pedal (105) y un eje de rueda trasera, presentando una detección (201) de una activación de asistencia a la tracción, donde cuando se detecta una activación se realizan al menos los siguientes pasos,
• control (202) del motor eléctrico (101) en función de una velocidad máxima de asistencia a la tracción para generar una velocidad (v) de la bicicleta eléctrica (100), donde el control (202) se lleva a cabo con un par de arranque constante (MStart) y se supone que la relación de transmisión (i) introducida corresponde a la relación de transmisión más alta (imax) del mecanismo de cambio de marchas (103), de forma que siempre se obtenga una velocidad menor o igual que la velocidad máxima para la asistencia a la tracción,
• detección (210) de una velocidad de motor instantánea (n) del motor eléctrico (101),
• detección (220) de la velocidad instantánea (v) de la bicicleta eléctrica (100),
• determinación (230) de la relación de transmisión introducida (i) del mecanismo de cambio de marchas (103) en función de la velocidad del motor detectada (n) y de la velocidad detectada (v), y
• regulación (240) del motor eléctrico (101) en función de la relación de transmisión (i) determinada y de la velocidad máxima de asistencia a la tracción para ajustar la velocidad (v), donde se aumenta la velocidad (v) y no se supera la velocidad máxima,
• donde en una primera pasada del procedimiento de control, la detección (220) de la velocidad (v) se realiza por medio de un sensor de aceleración y después de la detección de la velocidad instantánea (v) por medio de un sensor Reed o GPS, se repiten los pasos posteriores al control (202).
2. Procedimiento de control según la reivindicación 1, caracterizado porque la detección (201) de activación de asistencia a la tracción se produce cuando
• la velocidad (v) detectada de la bicicleta eléctrica sea inferior a 6 km/h,
• se detecte una aceleración (ax) de la bicicleta eléctrica (100) en la dirección de avance,
• no se detecte ninguna cadencia del ciclista, y
• no se detecte ninguna carga de peso sobre el sillín de la bicicleta eléctrica.
3. Controlador (104), comprendiendo al menos una unidad de procesamiento (301), que ejecuta un procedimiento de control según una de las reivindicaciones 1 ó 2, y donde la unidad de procesamiento (301) detecta una activación de asistencia a la tracción y la unidad de procesamiento (301) cuando se activa •
• genera una señal de control para el motor eléctrico (101) en función de una velocidad máxima de asistencia a la tracción para impulsar la bicicleta eléctrica (100), y
• detecta una velocidad de motor instantánea (n) del motor eléctrico (101), y
• detecta una velocidad instantánea (v) de la bicicleta eléctrica (100), y
• regula la señal de control para el motor eléctrico (101) para adaptar la velocidad de la bicicleta eléctrica (100) en función de la relación de transmisión determinada (i) y la velocidad máxima de asistencia a la tracción.
4. Bicicleta eléctrica (100), comprendiendo al menos los siguientes componentes
• un motor eléctrico (101) para impulsar la bicicleta eléctrica (100), y
• un controlador (104) según la reivindicación 3, que ejecuta un procedimiento de control según una de las reivindicaciones 1 ó 2, y
• un mecanismo de cambio de marchas (103) para cambiar la relación de transmisión (i) entre el eje del pedal (105) y el eje de rueda trasera, y
• un sensor (106) para detectar una velocidad instantánea (v) de la bicicleta eléctrica (100).
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