WO2011035974A1 - Vorrichtung und verfahren zur regelung einer rekuperation bei einem pedalgetriebenen fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur regelung einer rekuperation bei einem pedalgetriebenen fahrzeug Download PDF

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WO2011035974A1
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Klaus Voigtlaender
Lars Jakubowski
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for controlling recuperation in a pedal-driven vehicle, such as e.g. a bicycle.
  • Bicycles with electric auxiliary motor are known from the prior art in different configurations.
  • Such bicycles usually have on the handlebar to a hand-operated control unit, with which, for example, the connection of the electric auxiliary drive or a
  • recuperation is possible.
  • the recuperation is often not used in everyday operation of the vehicle and thus recovered no energy to recharge the batteries, although this would actually be possible.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is easy to carry out and a good
  • the inventive method provides to detect a direction of rotation of a crank mechanism and, if the direction of rotation of the crank mechanism is directed backwards to perform a recuperation and storage of energy in the energy storage.
  • a user of a pedal-driven vehicle simply by reversing the direction of a starting point for a recuperation run fast and easy.
  • the vehicle can in the process
  • the method according to the invention can be executed quickly and safely by a user without, as in the prior art, lengthy searches in a control menu of a manual switching element or the like being necessary.
  • the angle of rotation which must be covered in order to start the recuperation is preferably between 10 ° and 30 °, and is particularly preferably 20 °. According to a preferred embodiment of
  • the angle of rotation can also be set individually, so that a user can determine himself from which degree of the backward step the recuperation should start, e.g. from a full 360 ° reverse rotation.
  • the direction of rotation of the crank mechanism is detected on the bottom bracket and / or on the output pinion of the chain drive of the bicycle. Further alternatively, the direction of rotation can also be detected by means of a torque sensor on a pedal crank.
  • recuperation is particularly preferably terminated again by a forward direction of rotation of the crank mechanism. That is, a user can stop the recuperation by simply advancing.
  • a particularly simple control of the recuperation by backward struts to start the recuperation and forward stride to
  • an electric holding brake is activated by the electric auxiliary drive at a stationary vehicle and a reverse torque to the pedal. That is, if a user is at the roadside or at a traffic light and with at least one leg pushes the crank mechanism to the rear, the electric holding brake is activated, so that unintentional rolling of the vehicle is not possible. Also, this can be achieved by turning off the electric anti-theft by activating the electric holding brake when the vehicle is parked.
  • a deactivation of the electric holding brake by means of an external device such as a key, a code input, a chip, etc., executed.
  • a deactivation can also be achieved, for example, by applying a forwardly directed torque to the crank mechanism. This is particularly useful when the vehicle is stopped on the mountain or at a traffic light.
  • the present invention relates to a vehicle with a crank mechanism, in particular a bicycle, which has an electric auxiliary drive, a
  • Control unit and a sensor for detecting a direction of rotation of the
  • the control unit is designed such that the electric auxiliary drive is operated in recuperation when the sensor detects a reverse direction of rotation on the crank mechanism.
  • the control unit allows a user to determine the timing of recuperation by simply stepping backwards.
  • the control unit is further designed such that in a state of recuperation, an end of the recuperation is achieved by advancing the crank mechanism.
  • the senor is a speed sensor or a torque sensor or a strain gauge and is arranged on the crank mechanism, in particular on the crank, or on the output pinion.
  • the vehicle further comprises a speed sensor for detecting a current vehicle speed.
  • a speed sensor for detecting a current vehicle speed.
  • the control unit can be designed such that the recuperation in case of excessive braking of the
  • Vehicle is terminated due to recuperation.
  • a default for a minimum speed of the vehicle in a recuperation can be specified in order to always maintain the minimum speed.
  • a standstill of the vehicle can also be detected by means of the speed sensor.
  • Figure 1 is a schematic side view of a bicycle according to a
  • Figure 2 is a schematic representation of the components of a
  • the bicycle 1 has an auxiliary drive which comprises an electric auxiliary drive 2, a rechargeable battery 3 and a control unit 6.
  • the electric auxiliary drive 2 is preferably a compact electric motor with integrated transmission, in particular
  • the auxiliary drive further comprises a direction of rotation sensor 4, which is arranged on a crank mechanism 5 of the bicycle.
  • Direction of rotation sensor 4 detects a direction of rotation of the crank mechanism 5, that is, a forward rotational direction or a rearward rotational direction. When the rotation direction sensor 4 does not send a signal to the control unit
  • a speed sensor 8 which detects an actual speed of the bicycle 1.
  • the speed sensor 8 can be arranged, for example, on the output pinion 9 of a chain drive of the vehicle.
  • a control unit 10 is arranged on a handlebar of the bicycle, with which the electric auxiliary drive 2 can be switched on and off.
  • the control unit 6 of the auxiliary drive is designed so that when a backward pedaling of the crank mechanism a recuperation, ie, recovery of Energy, is started. That is, if a user has the crank drive in
  • the electric motor of the auxiliary electric drive is operated as a generator and the battery 3 is charged.
  • the battery 3 comprises a battery sensor 7, which transmits a state of charge of the battery to the control unit 6.
  • the reverse direction of rotation is indicated by the arrow A.
  • the operating unit 10 can be constructed very simply and, in particular, can be equipped only with a minimum number of buttons or switches, since the recuperation takes place via the backward step on the crank drive.
  • the operating unit can thus only be used e.g. a switch with two positions, i.e., auxiliary drive with ON or OFF, have. As a result, in particular the operation for the elderly is further simplified.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Rekuperation bei einem pedalgetriebenen Fahrzeug (1) mit einem Kurbeltrieb (5), insbesondere bei einem Fahrrad, wobei das Fahrzeug einen elektrischen Hilfsantrieb (2) und eine wiederaufladbare Energiequelle (3) aufweist, umfassend die Schritte Erfassen einer Drehrichtung (A) des Kurbeltriebs (5), und Rekuperation von Energie und Speicherung von Energie in der Energiequelle (3), wenn eine Drehrichtung (A) des Kurbeltriebs (5) rückwärtsgerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit Kurbeltrieb (5), insbesondere Fahrrad, umfassend einen elektrischen Hilfsantrieb (2), eine Steuereinheit (6) und einen Sensor (4) zur Erfassung einer Drehrichtung des Kurbeltriebs (5), wobei die Steuereinheit (6) ausgelegt ist, den elektrischen Hilfsantrieb (2) in Rekuperation zu betreiben, wenn der Sensor (4) eine rückwärtsgerichtete Drehrichtung des Kurbeltriebs (5) erfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Regelung einer Rekuperation bei einem pedalgetriebenen Fahrzeug
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung einer Rekuperation bei einem pedalgetriebenen Fahrzeug, wie z.B. einem Fahrrad.
Fahrräder mit elektrischem Hilfsmotor sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Fahrräder weisen üblicherweise am Lenker eine von Hand zu bedienende Steuereinheit auf, mit welcher beispielsweise das Zuschalten des elektrischen Hilfsantriebs oder eine
Rekuperation möglich ist. Dabei ist aufgrund der manuellen Schaltung insbesondere auch ein Wechsel zwischen einer Rekuperation und einer Reibungsbremse ruckelig und schwierig. Daher wird im alltäglichen Betrieb des Fahrzeugs die Rekuperation häufig nicht benutzt und somit keine Energie zum Aufladen der Batterien zurückgewonnen, obwohl dies eigentlich möglich wäre.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es einfach ausführbar ist und eine gute
Rekuperation ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, eine Drehrichtung eines Kurbeltriebs zu erfassen und, wenn die Drehrichtung des Kurbeltriebs rückwärts gerichtet ist, eine Rekuperation und Speicherung von Energie im Energiespeicher auszuführen. Somit kann ein Nutzer eines pedalgetriebenen Fahrzeugs einfach durch Umkehrung der Tretrichtung einen Startzeitpunkt für eine Rekuperation schnell und einfach ausführen. Das Fahrzeug kann dabei in der
rückwärtsgerichteten Drehrichtung des Kurbeltriebs einen Freilauf aufweisen oder auch eine Rücktrittbremse. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei von einem Nutzer schnell und sicher ausgeführt werden, ohne dass, wie im Stand der Technik langwierige Suchvorgänge in einem Steuerungsmenü eines manuellen Schaltelements o.ä., notwendig sind.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Besonders bevorzugt beginnt eine Rekuperation erst dann, wenn ein
vorbestimmter Drehwinkel in rückwärtsgerichteter Richtung durch den Kurbeltrieb zurückgelegt wurde. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die
Rekuperation nicht unabsichtlich schon bei einem kurzen Rückwärtstreten beginnt. Der Drehwinkel, welcher zurückgelegt werden muss, um mit der Rekuperation zu beginnen, liegt vorzugsweise zwischen 10° und 30°, und ist besonders bevorzugt 20°. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung kann der Drehwinkel auch individuell eingestellt werden, so dass ein Nutzer selbst bestimmen kann, ab welchem Grad des Rückwärtstretens die Rekuperation beginnen soll, z.B. ab einer vollen 360°-Rückwärtsdrehung.
Weiter bevorzugt wird die Drehrichtung des Kurbeltriebs am Tretlager und/oder am Abtriebsritzel des Kettentriebs des Fahrrads erfasst. Weiter alternativ kann die Drehrichtung auch mittels eines Drehmomentsensors an einer Tretkurbel erfasst werden.
Besonders bevorzugt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Rekuperation durch eine vorwärtsgerichtete Drehrichtung des Kurbeltriebs wieder beendet. D.h., ein Nutzer kann die Rekuperation durch einfaches Vorwärtstreten wieder beenden. Somit kann eine besonders einfache Steuerung der Rekuperation durch Rückwärtstreten zum Starten der Rekuperation und Vorwärtstreten zum
Beenden der Rekuperation erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem still stehenden Fahrzeug und einem rückwärts gerichteten Drehmoment an der Tretkurbel eine elektrische Haltebremse durch den elektrischen Hilfsantrieb aktiviert. D.h., wenn ein Nutzer am Straßenrand oder an einer Ampel steht und mit zumindest einem Bein den Kurbeltrieb nach hinten drückt, wird die elektrische Haltebremse aktiviert, so dass ein unbeabsichtigtes Losrollen des Fahrzeugs nicht möglich ist. Auch kann hierbei bei einem Abstellen des Fahrzeugs ein Diebstahlschutz durch Aktivieren der elektrischen Haltebremse erreicht werden. Bevorzugt wird eine Deaktivierung der elektrischen Haltebremse mittels einer externen Einrichtung wie z.B. einem Schlüssel, einer Codeeingabe, einem Chip usw., ausgeführt. Alternativ kann eine Deaktivierung auch beispielsweise wieder durch Aufbringen eines nach vorne gerichteten Drehmoments an dem Kurbeltrieb erreicht werden. Dies ist insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs am Berg oder an einer Ampel sinnvoll.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Kurbeltrieb, insbesondere ein Fahrrad, welches einen elektrischen Hilfsantrieb, eine
Steuereinheit und einen Sensor zur Erfassung einer Drehrichtung des
Kurbeltriebs aufweist. Die Steuereinheit ist dabei derart ausgelegt, dass der elektrische Hilfsantrieb in Rekuperation betrieben wird, wenn der Sensor eine rückwärtsgerichtete Drehrichtung am Kurbeltrieb erfasst. Somit ermöglicht die Steuereinheit, dass ein Nutzer durch einfaches Rückwärtstreten des Zeitpunkt einer Rekuperation bestimmt. Vorzugsweise ist die Steuereinheit ferner derart ausgelegt, dass in einem Zustand der Rekuperation ein Ende der Rekuperation durch Vorwärtstreten des Kurbeltriebs erreicht wird.
Vorzugsweise ist der Sensor ein Drehzahlsensor oder ein Drehmomentsensor oder ein Dehnungsmessstreifen und ist am Kurbeltrieb, insbesondere an der Tretkurbel, oder am Abtriebsritzel, angeordnet.
Weiter bevorzugt umfasst das Fahrzeug ferner einen Geschwindigkeitssensor zur Erfassung einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit. Mit Hilfe eines Werts der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise die Steuereinheit derart ausgelegt sein, dass die Rekuperation bei einem zu starken Abbremsen des
Fahrzeugs aufgrund der Rekuperation beendet wird. Alternativ kann auch eine Vorgabe für eine Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs bei einer Rekuperation vorgegeben werden, um immer die Mindestgeschwindigkeit beizubehalten.
Weiter bevorzugt kann mittels des Geschwindigkeitssensors auch sicher ein Stillstand des Fahrzeugs erfasst werden. Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrrads gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 2 eine schematische Darstellung der Bauteile eines
Zusatzantriebs für das Fahrzeug.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Fahrzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das Fahrzeug in diesem
Ausführungsbeispiel ein Fahrrad 1 . Das Fahrrad 1 weist einen Zusatzantrieb auf, welcher einen elektrischen Hilfsantrieb 2, eine wiederaufladbare Batterie 3 und eine Steuereinheit 6 umfasst. Der elektrische Hilfsantrieb 2 ist vorzugsweise ein kompakter Elektromotor mit integriertem Getriebe, insbesondere
Planetengetriebe. Der Zusatzantrieb umfasst ferner einen Drehrichtungssensor 4, welcher an einem Kurbeltrieb 5 des Fahrrads angeordnet ist. Der
Drehrichtungssensor 4 erfasst dabei eine Drehrichtung des Kurbeltriebs 5, d.h., eine nach vorne gerichtete Drehrichtung oder eine nach hinten gerichtete Drehrichtung. Wenn der Drehrichtungssensor 4 kein Signal an die Steuereinheit
6 abgibt, heißt dies, dass der Kurbeltrieb gerade nicht betätigt wird. Ferner ist ein Geschwindigkeitssensor 8 vorgesehen, welcher eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrrads 1 erfasst. Der Geschwindigkeitssensor 8 kann dabei beispielsweise am Abtriebsritzel 9 eines Kettentriebs des Fahrzeugs angeordnet sein.
Weiterhin ist an einem Lenker des Fahrrads eine Bedieneinheit 10 angeordnet, mit welcher der elektrische Hilfsantrieb 2 zugeschaltet und abgeschaltet werden kann.
Die Steuereinheit 6 des Zusatzantriebs ist dabei ausgelegt, dass bei einem Rückwärtstreten des Kurbeltriebs eine Rekuperation, d.h., Rückgewinnung von Energie, gestartet wird. D.h., wenn ein Nutzer den Kurbeltrieb in
rückwärtsgerichteter Richtung, d.h., nach hinten tritt, wird der Elektromotor des elektrischen Hilfsantriebs als Generator betrieben und die Batterie 3 aufgeladen. Die Batterie 3 umfasst einen Batteriesensor 7, welcher einen Ladezustand der Batterie an die Steuereinheit 6 weitergibt. In Figur 1 ist die rückwärtsgerichtete Drehrichtung dabei durch den Pfeil A angedeutet.
Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad durch Erfassen einer rückwärtsgerichteten Drehrichtung des Kurbeltriebs 5 eine
Energierückgewinnung gestartet werden. Eine Beendigung der
Energierückgewinnung wird durch ein nach vorne gerichtetes Treten des Kurbeltriebs 5 erreicht. Somit kann erfindungsgemäß eine sehr einfache
Regelungsmöglichkeit einer Rekuperation bereitgestellt werden, welche insbesondere auch von älteren Personen einfach zu bedienen ist. Da die Drehrichtungserkennung direkt am Kurbeltrieb 5 erfolgt, wird kein zusätzlicher großer Bauraum für einen entsprechenden Drehrichtungssensor 4 benötigt. Da das Fahrrad 1 bei einer Rekuperation gleichzeitig abbremst, wird im Falle eines von einem Nutzer gewünschten Bremsvorgangs weniger Bremsenergie mittels einer Handbremse und/oder Rücktrittbremse aufzuwenden sein. Weiterhin kann erfindungsgemäß die Bedieneinheit 10 sehr einfach aufgebaut sein und insbesondere nur mit einer minimalen Knopf- bzw. Schalteranzahl ausgerüstet sein, da die Rekuperation über das Rückwärtstreten am Kurbeltrieb erfolgt. Die Bedieneinheit kann somit lediglich z.B. einen Schalter mit zwei Stellungen, d.h., Zusatzantrieb mit EIN oder AUS, aufweisen. Hierdurch wird insbesondere die Bedienung für ältere Personen weiter vereinfacht.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Regelung einer Rekuperation bei einem pedalgetriebenen Fahrzeug (1 ) mit einem Kurbeltrieb (5), insbesondere bei einem Fahrrad, wobei das Fahrzeug einen elektrischen Hilfsantrieb (2) und eine wiederaufladbare Energiequelle (3) aufweist, umfassend die Schritte:
Erfassen einer Drehrichtung (A) des Kurbeltriebs (5), und Rekuperation von Energie und Speicherung von Energie in der Energiequelle (3), wenn eine Drehrichtung (A) des Kurbeltriebs (5) rückwärtsgerichtet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Rekuperierens erst erfolgt, wenn ein vorbestimmter Drehwinkel in rückwärtsgerichteter Drehrichtung am Kurbeltrieb zurückgelegt würde.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
vorbestimmte Drehwinkel individuell einstellbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehrichtung (A) am Tretlager des Kurbeltriebs und/oder an einem Abtriebsritzel (9) erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rekuperation durch eine vorwärtsgerichtete Drehrichtung des Kurbeltriebs (5) wieder beendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stillstand des Fahrzeugs und einer rückwärtsgerichteten Drehrichtung des Kurbeltriebs eine elektrische Haltebremse durch den elektrischen Hilfsantrieb (2) aktiviert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Deaktivierung der elektrischen Haltebremse mittels einer externen
Einrichtung, insbesondere einem Schlüssel, einer Codeeingabe oder einem Chip, erfolgt, oder dass eine Deaktivierung durch eine vorwärtsgerichtete Drehung des Kurbeltriebs (5) erfolgt.
8. Fahrzeug mit Kurbeltrieb (5), insbesondere Fahrrad, umfassend einen elektrischen Hilfsantrieb (2), eine Steuereinheit (6) und einen Sensor (4) zur Erfassung einer Drehrichtung des Kurbeltriebs (5), wobei die
Steuereinheit (6) ausgelegt ist, den elektrischen Hilfsantrieb (2) in
Rekuperation zu betreiben, wenn der Sensor (4) eine rückwärtsgerichtete Drehrichtung des Kurbeltriebs (5) erfasst.
9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein Drehmomentsensor und/oder einen Dehnungsmessstreifen umfasst und dass der Sensor (4) am Kurbeltrieb (5) oder am Abtriebsritzel (9) angeordnet ist.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ferner umfassend einen Geschwindigkeitssensor (8) zur Ermittlung einer Fahrzeuggeschwindigkeit.
PCT/EP2010/061349 2009-09-22 2010-08-04 Vorrichtung und verfahren zur regelung einer rekuperation bei einem pedalgetriebenen fahrzeug WO2011035974A1 (de)

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