WO2011072942A1 - Elektrisches zweirad - Google Patents

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WO2011072942A1
WO2011072942A1 PCT/EP2010/066457 EP2010066457W WO2011072942A1 WO 2011072942 A1 WO2011072942 A1 WO 2011072942A1 EP 2010066457 W EP2010066457 W EP 2010066457W WO 2011072942 A1 WO2011072942 A1 WO 2011072942A1
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Michael Stiller
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to electric two-wheelers, which are driven by an electric motor permanently or in support of the pedaling force of the driver.
  • Electric two-wheelers are known from the prior art in different configurations, for. B. as bicycles with electric drive, known. These electric two-wheelers have the disadvantage that their speed is not regulated even when cornering substantially and thus maintained. This achieves a cornering speed which is well above the cornering speed of a normal, e.g. B. powered by muscle powered two-wheeler, which is a danger to the driver of the bicycle and other road users.
  • the electric bicycle with the features of claim 1 in contrast, has the advantage that a cornering detected and the
  • the electric bicycle on an electric drive, a control unit for controlling the electric drive and a tilt sensor for detecting a directed to one side inclination, wherein the inclination sensor with the
  • Control unit is connected and wherein the control unit is designed to change a drive power provided by the electric drive based on a value of the lateral inclination recorded by the inclination sensor.
  • the electric bicycle is preferably a bicycle with electric drive.
  • the tilt sensor is preferably a mechanical or electrical tilt sensor, and more preferably a lateral acceleration sensor.
  • the invention is particularly effective in a sudden change of direction, for example when avoiding an obstacle, effective to avoid a fall.
  • control unit and the inclination sensor form a compact module.
  • This can be a
  • a cable connection between tilt sensor and control unit can be omitted, which contributes to a low susceptibility to interference.
  • control unit is integrated in a central control unit.
  • control unit is integrated in a central control unit.
  • the number of components can be minimized and a high level of operational safety of the entire
  • control unit is designed to reduce a drive power of the electric drive or to switch off the electric drive when the tilt sensor detects a value of the lateral inclination which is above a predetermined threshold value.
  • control unit is designed to switch over the electric drive, so that the electric drive provides a braking power when the inclination sensor detects a value of a lateral inclination which exceeds a predetermined Threshold is. This can make an even faster and higher
  • the electric bicycle further comprises a
  • the inclination sensor is preferably arranged on an upper region of the electric two-wheeler. This positioning is the
  • the invention relates to a method for controlling a drive for an electric two-wheeler, which has a tilt sensor comprising in a first method step detecting a lateral inclination of the bicycle by means of the inclination sensor and in a second method step controlling a driving power of the electric drive based on a included by the inclination sensor value of the lateral inclination. Due to the simple control sequence, a reliable control of low-power cornering of the capacity of the energy storage can be performed. After completing a turn, d. H. If the slope value is again below the setpoint, the electric drive can be switched on again as before cornering.
  • Control unit when a predetermined value of a lateral inclination exceeds a drive power or switches off the electric drive or operates the electric drive as a generator. This will be a clear Reduced drive power achieved or energy recovery for charging the energy storage while driving allows.
  • the speed of the two-wheeler is detected and the electric drive additionally controlled in dependence of the speed.
  • the electric drive is controlled by controlling the drive power with the additionally recorded value of
  • Figure 1 is a schematic side view of an electric bicycle according to the invention.
  • Figure 2 is a graphical representation of possible Kurvenfahrverstructure with differently adapted drive power.
  • FIG. 1 shows an electric bicycle which is a bicycle 1 with an integrated electric motor 2.
  • the electric bicycle 1 comprises a rechargeable energy store 3, which is arranged on a seat tube 4, and a control unit 5 with a preferably integrated tilt sensor 6, which is fastened in a frame triangle between the seat tube 4 and a top tube 8.
  • a connected to the control unit 5 speed sensor 10 is further arranged on a rear wheel support 1 1 of the electric bicycle 1.
  • Inclination sensor 6 is connected to the electric motor 2 and a control unit 7 at a Handlebar 9 of the electric bicycle 1 electrically connected.
  • the control unit 5 is connected to the power supply as well as the electric motor 2 at the energy storage 3.
  • the inclination sensor 6 detects inclinations or
  • a lateral inclination is detected during cornering of the electric bicycle 1. Due to the high placement of the inclination sensor 6 in the frame triangle between top tube 8 and seat tube 4, even very low inclination values can be determined. Thereafter, the driving power of the electric motor 2 is controlled on the basis of the inclination of the sensor 6 recorded value of the lateral inclination and changed accordingly. When exceeding a predetermined and stored in the control unit 5 target value of a lateral inclination, the control unit 5, the drive power of the electric motor 2 either reduce or switch off the electric motor 2 or switch the electric motor 2 to a generator, so that the electric motor 2 provides a braking power.
  • the control of the electric motor 2 of the electric bicycle 1 is speed-dependent. According to the speed of the two-wheeled vehicle 1 when a lateral inclination occurs, a different adaptation of the drive power can thus take place.
  • FIG. 2 shows a graphic illustration of cornering curves of the electric bicycle 1, each with differently adapted drive power
  • the curved line A is an ideal cornering without engine assistance and the curved line B is a curve course of the electric two-wheeler 2 with continuous engine assistance, wherein the two-wheeled vehicle 1 is carried out of the curve.
  • the curved line C of Figure 2 is an ideal cornering without engine assistance and the curved line B is a curve course of the electric two-wheeler 2 with continuous engine assistance, wherein the two-wheeled vehicle 1 is carried out of the curve.
  • the range of inclination detection by the inclination sensor 6 is indicated in Figure 2 next to the curved line C by a dotted line F.
  • the curve D marks a curve course in the generator mode of the electric motor 2, in which by the reversal of an engine braking and thus rapid reduction of the vehicle speed occurs when a certain slope.
  • a hatched area E lying between the curved lines C and D indicates a range of possible
  • the electric bicycle 1 according to the invention also has the advantage that with a minimum number of components a simple and cost-effective detection of a lateral inclination and a corresponding control or change of the drive power of the electric motor 2 when cornering is possible.
  • the driving behavior of the bicycle 1 can largely be attributed to a normal, d. H. intuitive handling of a driver before and during cornering be adapted and the traffic safety can be significantly increased. Due to the simple structure and low energy consumption of the control components retrofitting is also possible with existing electric two-wheelers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Zweirad (1), umfassend: einen elektrischen Antrieb (2), eine Steuereinheit (5), um den elektrischen Antrieb zu steuern, und einen Neigungssensor (6) zur Erfassung einer zu einer Seite gerichteten Neigung des Zweirads, wobei der Neigungssensor mit der Steuereinheit verbunden ist, und wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, eine vom elektrischen Antrieb bereitgestellte Antriebsleistung basierend auf einem vom Neigungssensor aufgenommenen Wert der seitlichen Neigung zu ändern.

Description

Beschreibung Titel
Elektrisches Zweirad Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Zweiräder, die permanent oder zur Unterstützung der Tretkraft des Fahrers von einem Elektromotor angetrieben werden.
Elektrische Zweiräder sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen, z. B. als Fahrräder mit elektrischem Antrieb, bekannt. Diese elektrischen Zweiräder weisen den Nachteil auf, dass ihre Geschwindigkeit auch bei einer Kurvenfahrt im Wesentlichen nicht geregelt wird und somit beibehalten wird. Dadurch wird eine Kurvengeschwindigkeit erreicht, welche weit über der Kurvengeschwindigkeit eines normalen, z. B. durch Muskelkraft betriebenen Zweirads liegen kann, was eine Gefahr für den Fahrer des Zweirads und andere Verkehrsteilnehmer darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Das elektrische Zweirad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Kurvenfahrt erkannt und die
Antriebsleistung entsprechend gesteuert werden kann. Hierzu weist das elektrische Zweirad einen elektrischen Antrieb, eine Steuereinheit zur Steuerung des elektrischen Antriebs und einen Neigungssensor zur Erfassung einer zu einer Seite gerichteten Neigung auf, wobei der Neigungssensor mit der
Steuereinheit verbunden ist und wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, eine vom elektrischen Antrieb bereitgestellte Antriebsleistung basierend auf einem vom Neigungssensor aufgenommenen Wert der seitlichen Neigung zu ändern.
Dadurch, dass die Schräglage bzw. Neigung des Zweirads bei der Kurvenfahrt erkannt wird, kann der Elektromotor während Kurvenfahrten an ein normales Fahrverhalten angepasst werden, welches üblicherweise eine Verzögerung vor der Kurve bzw. ein Durchfahren der Kurve mit geneigtem Zweirad und reduzierter Geschwindigkeit vorsieht, um der auftretenden Zentrifugalkraft wirksam entgegenzuwirken. Das elektrische Zweirad ist vorzugsweise ein Fahrrad mit elektrischem Antrieb. Der Neigungssensor ist vorzugsweise ein mechanischer oder elektrischer Neigungssensor und besonders bevorzugt ein Quer-Beschleunigungssensor. Die Erfindung ist besonders bei einer plötzlichen Richtungsänderung, z.B. bei Ausweichen eines Hindernisses, wirksam, um einen Sturz zu vermeiden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bilden das Steuergerät und der Neigungssensor ein kompaktes Modul. Hierdurch kann eine
kostengünstige und kompakte Einheit bereitgestellt werden. Zudem kann eine Kabelverbindung zwischen Neigungssensor und Steuergerät entfallen, was zu einer geringen Störungsanfälligkeit beiträgt.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit in einem zentralen Steuergerät integriert. Durch die Integration der Steuereinheit im zentralen Steuergerät kann die Anzahl der Bauteile minimiert sowie eine hohe Betriebssicherheit der gesamten
Steuerung des elektrischen Zweirads erreicht werden.
Weiterhin bevorzugt ist die Steuereinheit ausgelegt, eine Antriebsleistung des elektrischen Antriebs zu reduzieren oder den elektrischen Antrieb abzuschalten, wenn der Neigungssensor einen Wert der seitlichen Neigung erfasst, welcher über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Durch die Anpassung der Antriebsleistung ist eine deutliche Reduzierung der Kurvengeschwindigkeit erreichbar, so dass verhindert wird, dass das elektrische Zweirad trotz starker seitlicher Neigung aus der Kurve getragen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ausgelegt, den elektrischen Antrieb umzuschalten, so dass der elektrische Antrieb eine Bremsleistung bereitstellt, wenn der Neigungssensor einen Wert einer seitlichen Neigung erfasst, welcher über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Hierdurch kann eine noch schnellere und höhere
Geschwindigkeitsreduzierung, insbesondere für eine plötzliche
Richtungsänderung bzw. ein Ausweichmanöver erreicht werden. Ferner trägt dies zu einem sicheren und ausgewogenen Fahrverhalten des elektrischen Zweirads bei.
Vorzugsweise umfasst das elektrische Zweirad ferner einen
Geschwindigkeitssensor, welcher mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei in die Steuereinheit die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs auch in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit reduziert. Hierdurch wird eine weiter verbesserte Betriebssicherheit durch Steuerung des elektrischen Zweirads basierend auf Neigung und Geschwindigkeit erreicht.
Weiterhin bevorzugt ist der Neigungssensor an einem oberen Bereich des elektrischen Zweirads angeordnet. Durch diese Positionierung ist die
schnellstmögliche Erfassung selbst geringster Neigungswinkel möglich, was zu einem minimalen Ansprech- bzw. Trägheitsverhalten der Steuerung der
Antriebsleistung des elektrischen Zweirads beiträgt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Antriebs für ein elektrisches Zweirad, welches einen Neigungssensor aufweist, das in einem ersten Verfahrensschritt das Erfassen einer seitlichen Neigung des Zweirads mittels des Neigungssensors und in einem zweiten Verfahrensschritt das Steuern einer Antriebsleistung des elektrischen Antriebs basierend auf einem vom Neigungssensor aufgenommenen Wert der seitlichen Neigung umfasst. Aufgrund des einfachen Steuerungsablaufs kann eine betriebssichere Steuerung einer Kurvenfahrt mit geringer Beanspruchung der Kapazität des Energiespeichers durchgeführt werden. Nach Beendigung einer Kurvenfahrt, d. h. wenn der Neigungswert wieder unterhalb des Sollwertes ist, kann der elektrische Antrieb wie vor der Kurvenfahrt wieder zugeschaltet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens reduziert die
Steuereinheit bei Überschreiten eines vorbestimmten Werts einer seitlichen Neigung eine Antriebsleistung oder schaltet den elektrischen Antrieb ab oder betreibt den elektrischen Antrieb als Generator. Hierdurch wird eine deutliche Verringerung einer Antriebsleistung erreicht bzw. eine Energierückgewinnung zum Aufladen des Energiespeichers während der Fahrt ermöglicht.
Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Zweirads erfasst und der elektrische Antrieb zusätzlich in Abhängigkeit der Geschwindigkeit gesteuert. Durch die Steuerung der Antriebsleistung mit dem zusätzlich erfassten Wert der
Geschwindigkeit ist eine noch präzisere Anpassung der Antriebsleistung und somit höhere Fahrsicherheit erreichbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Zweirads, und
Figur 2 eine grafische Darstellung möglicher Kurvenfahrverläufe mit unterschiedlich angepasster Antriebsleistung.
Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein elektrisches Zweirad gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Antriebs für ein elektrisches Zweirad im Detail beschrieben.
Figur 1 zeigt ein elektrisches Zweirad, welches ein Fahrrad 1 mit einem integrierten Elektromotor 2 ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich, umfasst das elektrische Fahrrad 1 einen wiederaufladbaren Energiespeicher 3, der an einem Sattelrohr 4 angeordnet ist, und eine Steuereinheit 5 mit einem vorzugsweise integrierten Neigungssensor 6, welche in einem Rahmendreieck zwischen dem Sattelrohr 4 und einem Oberrohr 8 befestigt ist. Ein an der Steuereinheit 5 angeschlossener Geschwindigkeitssensor 10 ist ferner an einer Hinterradstütze 1 1 des elektrischen Fahrrads 1 angeordnet. Die Steuereinheit 5 mit dem
Neigungssensor 6 ist mit dem Elektromotor 2 und einer Bedieneinheit 7 an einem Lenker 9 des elektrischen Fahrrads 1 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 5 ist zur Energieversorgung ebenso wie der Elektromotor 2 am Energiespeicher 3 angeschlossen. Der Neigungssensor 6 erfasst dabei Neigungen bzw.
Schräglagen, welche zu einer Seite des elektrischen Fahrrads 1 gerichtet sind, d. h. Neigungen des elektrischen Fahrrads 1 nach links und rechts zur eigentlichen Fahrtrichtung. Basierend auf werten der erfassten Neigung sowie Werten des Geschwindigkeitssensors 10 steuert die Steuereinheit 5 den Elektromotor 2.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer Kurvenfahrt des elektrischen Fahrrads 1 eine seitliche Neigung erfasst. Aufgrund der hohen Platzierung des Neigungssensors 6 im Rahmendreieck zwischen Oberrohr 8 und Sattelrohr 4 können hierbei schon sehr geringe Neigungswerte ermittelt werden. Danach wird die Antriebsleistung des Elektromotors 2 auf der Basis des vom Neigungssensor 6 aufgenommenen Werts der seitlichen Neigung gesteuert und entsprechend verändert. Bei Überschreiten eines vorgegebenen und in der Steuereinheit 5 gespeicherten Sollwerts einer seitlichen Neigung kann die Steuereinheit 5 die Antriebsleistung des Elektromotors 2 entweder reduzieren oder den Elektromotor 2 abschalten oder den Elektromotor 2 zu einem Generator umschalten, so dass der Elektromotor 2 eine Bremsleistung bereitstellt. Über den vom Geschwindigkeitssensor 10 erfassten Wert der Geschwindigkeit des Fahrrads 1 erfolgt die Steuerung des Elektromotors 2 des elektrischen Fahrrads 1 darüber hinaus geschwindigkeitsabhängig. Entsprechend der Geschwindigkeit des Zweirads 1 beim Eintritt einer seitlichen Neigung kann somit eine jeweils unterschiedliche Anpassung der Antriebsleistung erfolgen.
Figur 2 zeigt eine grafische Darstellung von Kurvenfahrverläufen des elektrischen Fahrrads 1 mit jeweils unterschiedlich angepasster Antriebsleistung des
Elektromotors 2. Hierbei kennzeichnet die Kurvenlinie A eine ideale Kurvenfahrt ohne Motorunterstützung und die Kurvenlinie B einen Kurvenfahrverlauf des elektrischen Zweirads 2 mit kontinuierlicher Motorunterstützung, wobei das Zweirad 1 aus der Kurve getragen wird. Die Kurvenlinie C von Figur 2
kennzeichnet einen Kurvenfahrverlauf nach Erkennung einer seitlichen Neigung und entsprechender Steuerung bzw. Veränderung der Antriebsleistung des Elektromotors 2 des Zweirads 1. Der Bereich der Neigungserkennung durch den Neigungssensor 6 ist in Figur 2 neben der Kurvenlinie C durch eine gepunktete Linie F gekennzeichnet. Die Kurvenlinie D kennzeichnet einen Kurvenfahrverlauf im Generatorbetrieb des Elektromotors 2, bei dem durch die Umkehrung eine Motorbremsung und somit rasche Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Auftreten einer bestimmten Neigung erfolgt. Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist hierbei ein kleinerer Kurvenradius mit entsprechend größerer seitlicher Neigung des Fahrrads 1 , z.B. bei einem plötzlichen Ausweichmanöver aufgrund eines Hindernisses möglich. Ein zwischen den Kurvenlinien C und D liegender schraffierter Bereich E kennzeichnet einen Bereich möglicher
Kurvenfahrverläufe, die durch eine Anpassung der Antriebsleistung des
Elektromotors 2 gemäß den für die Steuereinheit 5 vorgegebenen
Schwellenwerten möglich sind.
Das erfindungsgemäße elektrische Fahrrad 1 weist ferner den Vorteil auf, dass mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen eine einfache und kostengünstige Erfassung einer seitlichen Neigung und eine entsprechende Steuerung bzw. Veränderung der Antriebsleistung des Elektromotors 2 bei einer Kurvenfahrt möglich ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern des elektrischen Antriebs kann das Fahrverhalten des Fahrrads 1 weitestgehend an ein normales, d. h. intuitives Bedienungsverhalten eines Fahrers vor und während einer Kurvenfahrt adaptiert werden und die Verkehrsicherheit deutlich erhöht werden. Aufgrund des einfachen Aufbaus und niedrigen Energiebedarfs der Steuerungskomponenten ist ferner auch eine Nachrüstung bei bestehenden elektrischen Zweirädern möglich.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrisches Zweirad, umfassend:
- einen elektrischen Antrieb (2),
- eine Steuereinheit (5), um den elektrischen Antrieb (2) zu steuern, und
- einen Neigungssensor (6) zur Erfassung einer zu einer Seite gerichteten Neigung des Zweirads, wobei der Neigungssensor (6) mit der
Steuereinheit (5) verbunden ist, und
wobei die Steuereinheit (5) ausgelegt ist, eine vom elektrischen Antrieb (2) bereitgestellte Antriebsleistung basierend auf einem vom
Neigungssensor (6) aufgenommenen Wert der seitlichen Neigung zu ändern.
2. Elektrisches Zweirad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) und der Neigungssensor (6) ein kompaktes Modul bilden.
3. Elektrisches Zweirad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) in einem zentralen Steuergerät integriert ist.
4. Elektrisches Zweirad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ausgelegt ist, eine
Antriebsleistung des elektrischen Antriebs (2) zu reduzieren oder den elektrischen Antrieb (2) abzuschalten, wenn der Neigungssensor (6) einen Wert einer seitlichen Neigung erfasst, welcher über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
5. Elektrisches Zweirad, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgelegt ist, den elektrischen Antrieb (2) umzuschalten, so dass der elektrische Antrieb (2) eine Bremsleistung bereitstellt, wenn der Neigungssensor (6) einen Wert einer seitlichen Neigung erfasst, welcher über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
6. Elektrisches Zweirad, ferner umfassend einen Geschwindigkeitssensor (10), welcher mit der Steuereinheit (5) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (5) die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs (2) auch in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ändert.
7. Elektrisches Zweirad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (6) an einem oberen Bereich des Zweirads angeordnet ist.
8. Verfahren zum Steuern eines Antriebs für ein elektrisches Zweirad, welches einen Neigungssensor (6) aufweist, umfassend die Schritte:
Erfassen einer seitlichen Neigung des Zweirads mittels des
Neigungssensors (6), und
Steuern einer Antriebsleistung des elektrischen Antriebs (2) basierend auf einem vom Neigungssensor (6) aufgenommenen Wert der seitlichen Neigung.
9. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebs nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) bei Überschreiten eines vorbestimmten Werts einer seitlichen Neigung eine Antriebsleistung reduziert oder den elektrischen Antrieb (2) abschaltet oder den elektrischen Antrieb (2) als Generator betreibt.
10. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebs nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Zweirads erfasst wird und dass der elektrische Antrieb (2) zusätzlich in Abhängigkeit der Geschwindigkeit gesteuert wird.
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