DASBACH, Gregor (Rue Charles De Coulomb, Mondeville, F-14120, FR)
KIMMICH, Peter (Lessingstr. 39, Schoenaich, 71101, DE)
BRAUN, Sigmund (Hauptstr. 29, Kusterdingen, 72127, DE)
KOHLRAUSCH, Philipp (Lehenstrasse 9, Stuttgart, 70180, DE)
DURDEVIC, Ivica (Kirchgasse 31, Pliezhausen, 72124, DE)
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KIMMICH, Peter (Lessingstr. 39, Schoenaich, 71101, DE)
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| Verfahren zur automatischen Steuerung des Gangs eines Schaltgetriebes (40) eines Elektrofahrrads, mit den Schritten: Erfassen mindestens eines Ist- Betriebsparameters einer Antriebskomponente (30) des Elektrofahrrads durch Erfassen einer Betriebsgröße der Antriebskomponente, Vergleichen des mindestens einen Ist- Betriebsparameters (36) mit einem Soll- Betriebsparameter (22b), die einen Betriebspunkt der Antriebskomponente (30) wiedergibt, der mit einem höheren Wirkungsgrad, einer höheren Sicherheit oder einer höheren Langlebigkeit von Komponenten des Elektroantriebs oder der Antriebskomponente über eine hinterlegte Verknüpfung (22) verknüpft ist, als bei dem Betrieb gemäß dem mindestens einen Ist- Betriebsparameter, und Annähern des mindestens einen Ist- Betriebsparameters (22a) an die Soll-Vorgabe (22b) durch Ändern des Gangs. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter die Drehzahl des Elektromotors (30) als Betriebsgröße der Antriebskomponente erfasst wird, wobei die Soll-Vorgabe eine Drehzahl wiedergibt, bei der der Elektromotor (30) mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet, als die erfasste Drehzahl als Ist- Betriebsparameter, wobei der Gang derart ausgewählt wird, dass der Wirkungsgrad der Elektroantriebs höher ist, als bei anderen Gängen. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Tretkurbel-Drehmoment als Größe von angetriebenen Elektrofahrradkomponenten erfasst wird, wobei das Tretkurbel-Drehmoment dem Antriebsdrehmoment der Tretkurbel entspricht, wobei die Soll-Vorgabe ein Maximaldrehmoment wiedergibt, unterhalb dem die Tretkurbel- Antriebskomponenten, insbesondere das Schaltganggetriebe (40), ohne bleibende Schäden einen Gangwechsel durchführen können, wobei ein Zeitpunkt eines Gangwechsels derart ausgewählt wird, dass das erfasste Tretkurbel-Drehmoment während des Gangwechsels unter dem Maximaldrehmoment liegt. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ferner ein Gangwunsch eingegeben wird, und, wenn der Gangwunsch von dem aktuellen Gang abweicht, ein Gangwechsel verzögert wird, bis der Zeitpunkt des Gangwechsel erreicht ist, bei dem das erfasste Tretkurbel- Drehmoment unter dem Maximaldrehmoment liegt. 5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Ist- Betriebsparameter in Form der Drehzahl des Hinterrads als Betriebsgröße des Elektromotors und des Schaltgetriebes als Antriebskomponenten erfasst wird, wobei die Soll-Vorgabe eine Drehzahl des Hinterrads in Abhängigkeit des gewählten Gangs wiedergibt, die mit einer Drehzahl des Elektromotors (30) verknüpft ist, bei der dieser mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet, wobei der Gang derart ausgewählt wird, dass der Wirkungsgrad der Elektroantriebs höher ist, als bei anderen Gängen, und der ausgewählte Gang, zusammen mit der Drehzahl des Elektromotors (30), bei der ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird, eine Drehzahl des Hinterrads vorsehen, die nicht mehr als eine vorgegebene Maximalabweichung von dem erfassten Drehzahl des Hinterrads abweicht. 6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Strom des Elektromotors erfasst wird, der von dem Elektromotor (30) aufgenommen wird, wobei die Soll-Vorgabe einen Maximalabgabestrom wiedergibt, unterhalb dem ein Akkumulator (32), der den Elektromotor versorgt, ohne bleibende Schäden und ohne die Gefahr der Überhitzung verbleibt, wobei der Gang derart ausgewählt wird, dass der Strom unter dem Maximalabgabestrom liegt. 7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Strom des Elektromotors (30) erfasst wird, der der Elektromotor aufnimmt, wobei die Soll-Vorgabe einen Maximalabgabestrom wiedergibt, unterhalb dem ein Ladezustand eines Akkumulators (32), der den Elektromotor versorgt, ausreichend ist, den Elektromotor für eine vorgegebene Distanz zu versorgen, wobei der Gang derart ausgewählt wird, dass der sich aus Distanz und Ladezustand ergebende Maximalabgabestrom nicht überschritten wird. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Soll-Vorgabe aus mehreren Soll-Vorgaben gemäß wählbaren Fahrprogrammen ausgewählt wird, wobei verschiedenen Fahrprogrammen unterschiedliche Soll-Vorgaben zugeordnet sind. 9. Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Gangs eines Schaltgetriebes eines Elektrofahrrads, umfassend: eine Sensorvorrichtung eingerichtet zum Erfassen mindestens eines Ist- Betriebsparameters einer Antriebskomponente des Elektrofahrrads, wobei die Sensorvorrichtung mit der Antriebskomponente (30) verbunden ist, um eine Betriebsgröße der Antriebskomponente zu erfassen, eine Vergleichsvorrichtung eingerichtet zum Vergleichen des mindestens einen Ist- Betriebsparameters mit einer Soll-Vorgabe, die einen Betriebspunkt des Elektroantriebs (30) wiedergibt, der mit einem höheren Wirkungsgrad, einer höheren Sicherheit oder einer höheren Langlebigkeit von Komponenten des Elektroantriebs oder der Antriebskomponente verknüpft ist, wobei die Soll-Vorgabe in einem Speicher (20) der Vorrichtung abgelegt ist, und einen Gangschaltungsaktor, der zum Ändern des Gangs eines an den Gangschaltungsaktor anschließbaren Schaltgetriebes des Elektrofahrrads eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Steuerung umfasst, die mit der Vergleichsvorrichtung verbunden ist, um eine von der Vergleichsvorrichtung vorgesehene Differenz zwischen Ist- Betriebsparameters und Soll-Vorgabe zu empfangen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, durch Ansteuern des daran angeschlossenen Gangschaltungsaktors den mindestens einen Ist- Betriebsparameters an die Soll-Vorgabe durch Ändern des Gangs anzunähern. |
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Gangs eines
Elektrofahrrad-Getriebes
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Elektrofahrräder sind Gangschaltungen bekannt, um das
Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelantrieb und Abtrieb gemäß Fahrerwunsch zu ändern.
Insbesondere sind Regelungen hierfür bekannt, in denen ein Nutzer eine Soll- Pedalfrequenz angibt, und der Gang gemäß dieser Soll-Pedalfrequenz gewählt wird, um die Ist- Pedalfrequenz daran anzugleichen.
In DE 20 2005 010 822 Ul ist ein einstellbares, stufenloses Getriebe beschrieben, das ein Übersetzungsverhältnis derart regeln, dass eine vom Fahrer vorgegebene Tretleistung konstant gehalten wird.
Die im Stand der Technik verwendeten Regelungsziele bieten jedoch nur einen beschränkten Komfort und berücksichtigen nicht das Problem, dass ein suboptimaler Betrieb weder erkannt werden kann, noch von der Regelung beim Einstellen des Gangs berücksichtigt wird. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Gangschaltungsregelung vorzusehen, die eine optimierte Betriebsweise aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche.
Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept ist es, bei der Gangwahl eines
Schaltgetriebes eines Elektrofahrrads nicht nur auf einzelne, vom Benutzer beliebig anzugebende Werte abzuzielen, sondern Wirkungsgrade und andere
Betriebsparameter des elektrischen Antriebs in die Regelung mit einzubeziehen. Erfindungsgemäß wird innerhalb des Regelkreises, der die Gangwahl vorsieht, mindestens ein Betriebsparameter der Elektroantriebs mit berücksichtigt, um gemäß vorgegebener Normintervalle oder Schutzintervalle oder Maximalbelastungsintervalle den Gang derart auszuwählen, dass der Betriebsparameter in dem Normintervall liegt und nicht in einem Schutz- oder Maximalbelastungsintervall, in dem entweder der
Motorantrieb möglicherweise Schaden nehmen kann, oder suboptimal arbeitet.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur automatischen Steuerung des Gangs eines Schaltgetriebes eines Elektrofahrrads vor. Das Schaltgetriebe ermöglicht die Wahl unter einer begrenzten Anzahl von Gängen, die jeweils mit unterschiedlichen, diskreten
Übersetzungsverhältnissen verknüpft sind. Durch die Wahl des Gangs lassen sich Parameter wie Elektromotordrehzahl, vom Elektromotor angeforderte Leistung und andere Betriebsparameter ändern, um die Betriebsparameter mit dem Regelungsziel zu ändern, beispielsweise den Wirkungsgrad oder die Akkumulatorleistung zu optimieren, die mit diesen Parametern verknüpft sind.
Um ferner beispielsweise die mechanische Belastung des Schaltgetriebes zu reduzieren (unter ein vorgegebenes Niveau), kann auch der Zeitpunkt des
Gangwechsels gezielt gewählt werden, so dass der Gangwechsel bei einem
Belastungsmoment ausgeführt wird, das unter einem vorgegebenen Niveau liegt. Das
Belastungsmoment ist unmittelbar mit dem Drehmomenten verknüpft, die vom Fahrer auf die Tretkurbel ausgeübt werden bzw. vom Motor in den Antriebsstrang eingebracht werden. Daher kann ein geringes momentanes Drehmoment abgewartet werden, um einen gewünschten Gangwechsel auszuführen, bzw. beim Gangwechsel gezielt das Motormoment reduziert werden. Hierbei steht nicht die richtige Wahl des Gangs im
Vordergrund (wie im vorangehenden Beispiel), sondern die zeitliche Ansteuerung, mit der ein Gang gewechselt wird.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Ist- Betriebsparameters einer
Antriebskomponente des Elektrofahrrads erfasst. Als Ist- Betriebsparameter wird eine
Betriebsgröße der Antriebskomponente verstanden. Der Ist- Betriebsparameter bzw. die Betriebsgröße ist eine physikalische Größe, die den aktuellen Betrieb der
Antriebskomponente wiedergibt und die durch (mindestens) einen Sensor erfasst werden kann, beispielsweise ein Drehzahlsensor oder ein Drehmomentsensor, wobei die Betriebsgröße auch aus Sensordaten oder Ansteuerinformation (bsp. zur
Ansteuerung der Drehzahl, der Leistung, des Drehmoments oder des Motorstroms) abgeleitet werden kann. Es wird eine Betriebsgröße der Antriebskomponente erfasst. Der zugehörige mindestens eine Ist- Betriebsparameters wird mit einer Soll-Vorgabe verglichen, die einen optimaleren Betriebspunkt des Elektroantriebs wiedergibt, d.h. ein die mit einem höheren Wirkungsgrad, einer höheren Sicherheit oder einer höheren Langlebigkeit von
Komponenten des Elektroantriebs oder sonstiger, von dem Elektroantrieb angetriebene Antriebskomponente verknüpft ist. Die Sollvorgabe ist mit einem Wirkungsgrad, einer Sicherheit oder einer Langlebigkeit verknüpft, der bzw. die größer ist als bei dem aktuellen Betrieb, d.h. einem Betrieb gemäß dem mindestens einen Ist- Betriebsparameter. Der mindestens eine Ist- Betriebsparameters wird erfindungsgemäß an die Soll-Vorgabe angenähert durch Ändern des Gangs, d.h. durch Ansteuern des Schaltgetriebes. Das Schaltgetriebe wird automatisch, bsp. von einer elektrischen oder elektronischen Steuerung angesteuert, wobei die oben genannten Schritte des
Erfassens und Vergleichens ebenso automatisch, d.h. von der Steuerung, ausgeführt werden.
Die Soll-Vorgabe betrifft die selbe physikalische Größe wie der Ist- Betriebsparameter, insbesondere Größen, die den Betriebszustand einer Antriebskomponente
wiedergeben. Aus diesem Grund kann die Soll-Vorgabe auch als Soll- Betriebsparameter bezeichnet werden.
Als Regelkreis betrachtet wird der Ist- Betriebsparameter oder eine davon abgeleitete Größe zurückgeführt, der Vergleich wird gebildet durch Erfassen einer Abweichung zwischen Soll- und Ist-Größe, wobei als Stelleinrichtung innerhalb des Regelkreises das Schaltgetriebe (bzw. ein elektrischer Aktor, der die Gänge wechselt) geschaltet wird. Eine Korrektureinrichtung innerhalb des Regelkreises entscheidet, ob sich der Ist- Betriebspunkt durch Ändern des Gangs verbessern lässt, wobei die Gänge mehrere, diskrete unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen Antrieb und Abtrieb vorsehen, wobei die Korrektureinrichtung vorzugsweise eine Hysterese vorsieht, um an Übergangsbereichen sich wiederholende, alternierende Gangwechsel zu vermeiden.
Das Regelungsziel ist eine möglichst nahe Annährung (einschließlich
Übereinstimmung) zwischen dem Ist- Betriebszustand und einem Zustand, bei dem, abhängig von der Ausführung der Erfindung, der Wirkungsgrad, die Sicherheit oder die Langlebigkeit der Antriebskomponenten maximal ist.
Der Wirkungsgrad ist insbesondere der Wirkungsgrad des Elektromotors,
gegebenenfalls einschließlich der Leistungsansteuerung, die den Elektromotor versorgt - - und dem nachgeschalteten Getriebe. Ebenso kann der Wirkungsgrad des
Akkumulators berücksichtigt werden. Der Wirkungsgrad hängt insbesondere von der Drehzahl oder anderen Betriebsparametern des Elektromotors ab gemäß den designbedingten Eigenschaften des Motors. Die Abhängigkeit zwischen Wirkungsgrad und Ist- Betriebsparameter (bsp. Drehzahl) des Motors ist kontinuierlich und ist in der
Vorrichtung, die die Steuerung vorsieht, hinterlegt, beispielsweise als Kennlinie oder einzelnen Kennlinienpunkten.
Die Sicherheit betrifft die Ausfallwahrscheinlichkeit von Antriebskomponenten (d.h. Elektromotor, Tretkurbelantrieb, davon angetriebene Komponenten, sowie den
Akkumulator, der den Elektromotor versorgt), wobei eine hohe Sicherheit mit einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit verknüpft ist. Die Abhängigkeit zwischen Sicherheit (d.h. einem Wert, der die Sicherheit wiedergibt, bsp als Kehrwert der
Ausfallwahrscheinlichkeit) und Ist- Betriebsparameter (bsp. Drehzahl) des Antriebs, bsp. Temperatur des Motors oder des Akkumulators, ist in der Vorrichtung, die die
Steuerung vorsieht, hinterlegt. Die Abhängigkeit kann insbesondere nicht kontinuierlich sein, beispielsweise in Form eines Grenzwerts, der einen Normalbetrieb mit hoher Sicherheit von einem Extrembetrieb mit deutlich höherer Ausfallwahrscheinlichkeit trennt. Das Verfahren greift in diesem Fall nur ein, wenn der Normalbetrieb verlassen wird, d.h. der Grenzwert überschritten wird, so dass die Regelung mit diskreten Werten arbeitet. Die Sicherheit betrifft insbesondere das Schaltgetriebe selbst, wobei ein Schaltvorgang bei einem Tretkurbel-Drehmoment über einer vorgegebenen Grenze als unsicher (= geringe Sicherheitswert) eingestuft wird, und unterhalb der vorgegebenen Grenze mit einer höheren Sicherheit eingestuft wird.
Die Grenze gibt das Tretkurbel-Drehmoment wieder, ab dem ein Schaltvorgang (bei diesem Drehmoment) dazu führen kann, dass das Schaltgetriebe nicht ausschließlich die angesteuerte Bewegung ausführt, d.h. das Schaltgetriebe auf einen nicht gewünschten Gang springt aufgrund des hohen Drehmoment. Weiterhin kann die Grenze den Drehmomentwert angeben, bei dem sich eine Funktionsbeeinträchtigung des Schaltgetriebes ergibt, wobei die Funktionsbeeinträchtigung vorübergehend oder andauernd sein kann. Die Grenze ergibt sich unmittelbar aus der mechanischen Belastbarkeit des Getriebes und kann somit gemäß dem Schaltgetriebedesign vorgegeben sein.
Die Langlebigkeit betrifft die Normbelastbarkeit von Antriebskomponenten (d.h.
insbesondere das Schaltgetriebe, sowie ferner Elektromotor, Tretkurbelantrieb, davon angetriebene weitere Komponenten, sowie den Akkumulator, der den Elektromotor versorgt), wobei eine hohe Sicherheit mit einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit verknüpft ist. Die Langlebigkeit hängt insbesondere von dem Drehmoment ab, mit dem der Tretkurbelantrieb betätigt wird bzw. die der Motor abgibt oder auch von der Drehzahl des Motors oder von der Temperatur des Motors bzw. des Akkumulators oder der Leistungsansteuerung, die den Motor versorgt, gemäß den designbedingten Eigenschaften dieser Komponenten. Die Abhängigkeit zwischen Langlebigkeit (d.h. einem Wert, der die Abnutzung der Komponenten wiedergibt) und Ist- Betriebsparameter, d.h. auf das Schaltgetriebe wirkendes Drehmoment, oder
Drehmoment, Drehzahl oder Leistung des Motors, oder Temperatur des Motors, der zugehörigen Leistungsansteuerung, oder des Akkumulators, ist in der Vorrichtung, die die Steuerung vorsieht, hinterlegt. Die Abhängigkeit kann insbesondere nicht kontinuierlich sein, beispielsweise in Form eines Grenzwerts, der einen Normalbetrieb mit hoher Sicherheit von einem Extrembetrieb mit deutlich höherer
Ausfallwahrscheinlichkeit trennt. Das Verfahren greift in diesem Fall nur ein, wenn der
Normalbetrieb verlassen wird, d.h. der Grenzwert überschritten wird, so dass die Regelung mit diskreten Werten arbeitet. Ferner kann das Verfahren einen
Gangwechsel zurückhalten, bis ein Betriebsbereich erreicht wird, der mit einer hohen Langlebigkeit (d.h. geringen Abnutzung) verknüpft ist. Hierbei wird der Betriebsbereich anhand eines Betriebsparameters erfasst, bsp. anhand des Tretkurbel-Drehmoments, wobei sich dieser periodisch mit der halben Kurbelumdrehung ändert, so dass die Verzögerung die Dauer einer halben Kurbelumdrehung nicht überschreitet. Ferner kann der Betriebsparameter über ein Zeitfenster (bsp. 1 - 10 sec) gemittelt werden, um üblicherweise häufig auftretende Phasen schwächerer Tretkurbelbetätigung (d.h. geringem Tretkurbel- Drehmoment) zu erfassen, und bei Unterschreitung der
Drehmomentgrenze den zwischengespeicherten Schaltvorgang auszulösen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter die Drehzahl des Elektromotors als Betriebsgröße der
Antriebskomponente erfasst. Die Soll- Vorgabe gibt eine Drehzahl wieder, bei der der
Elektromotor mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet, als die erfasste Drehzahl, die den Ist- Betriebsparameter darstellt. Der Gang wird derart ausgewählt, dass der Wirkungsgrad des Elektroantriebs höher ist, als bei anderen Gängen. Da mit dem Gang das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes bestimmt wird, ergibt sich hieraus unmittelbar ein Zusammenhang zwischen gewähltem Gang und Drehzahl des
Motors bei einer gegebenen Geschwindigkeit. Das steuerbare Übersetzungsverhältnis ist somit in dem Regelkreis eingebunden, der die Antriebsleistung des Elektromotors bestimmt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Tretkurbel-Drehmoment als Größe von angetriebenen
Elektrofahrradkomponenten erfasst. Das Tretkurbel-Drehmoment entspricht dem Antriebsdrehmoment der Tretkurbel. Die Soll-Vorgabe gibt ein Maximaldrehmoment (d.h. eine Grenze) wieder, unterhalb derer die Tretkurbel-Antriebskomponenten, insbesondere das Schaltganggetriebe, ohne bleibende Schäden einen Gangwechsel durchführen können. Ein Zeitpunkt eines Gangwechsels wird derart ausgewählt, dass das erfasste Tretkurbel-Drehmoment während des Gangwechsels unter dem
Maximaldrehmoment liegt. Dadurch wird die Sicherheit bzw. Langlebigkeit maximiert.
Eine Variante der zweiten Ausführungsform sieht vor, dass ein Gangwunsch eingegeben wird. Wenn der Gangwunsch von dem aktuellen Gang abweicht, wird ein
Gangwechsel, der dem Gangwunsch entspricht, verzögert, bis der Zeitpunkt des Gangwechsel erreicht ist, bei dem das erfasste Tretkurbel- Drehmoment und das Motordrehmoment unter dem Maximaldrehmoment liegen. Gemäß einer dritten Ausführungsform wird der mindestens eine Ist- Betriebsparameter in Form der Drehzahl des Hinterrads als Betriebsgröße des Elektromotors und des Schaltgetriebes als Antriebskomponenten erfasst. Da das Schaltgetriebe ein bekanntes Übersetzungsverhältnis aufweist, und das Übersetzungsverhältnis des Motorgetriebes designbedingt vorgegeben ist und bekannt ist, kann anstatt einer unmittelbaren Erfassung der Motordrehzahl (d.h. des Rotor des Elektromotors) die Hinterraddrehzahl ermittelt werden, aus der ohne weiteres auf die Motordrehzahl (anhand der bekannten Übersetzungsverhältnisse) geschlossen werden kann. Es erfolgt daher
erfindungsgemäß eine Umrechnung von der Hinterraddrehzahl auf die
Elektromotordrehzahl anhand der bekannten Übersetzungsverhältnisse. Alternativ kann der Vergleich der Regelung in einer Ebene ausgeführt werden, die sich von der
Elektromotordrehzahl unterscheidet, so dass verfahrensgemäß die Soll-Vorgabe eine Hinterraddrehzahl, abhängig vom eingestellten Gang, wiedergibt, und als Ist-Vorgabe die Hinterraddrehzahl selbst verwendet wird. Ergibt der Vergleich eine Abweichung zwischen Soll- und Ist- Vorgabe, dass der aktuelle Wirkungsgrad mehr als eine vorgegebene Marge (oder Maximalabweichung) von einem besseren Wirkungsgrad abweicht, der sich bei einem anderen Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes ergeben würde, dann wird das Schaltgetriebe auf das Übersetzungsverhältnis (durch Wahl des Gangs) eingestellt, das mit einem besseren Wirkungsgrad des Elektromotors verknüpft ist. Gemäß der dritten Ausführungsform gibt die Soll-Vorgabe eine Drehzahl des Hinterrads in Abhängigkeit des gewählten Gangs wieder, die mit einer Drehzahl des Elektromotors verknüpft ist, bei der dieser mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet. Der Gang wird derart ausgewählt, dass der Wirkungsgrad der Elektroantriebs höher ist, als bei anderen Gängen. Der ausgewählte (d.h. anzusteuernde) Gang sieht zusammen mit der Drehzahl des Elektromotors, bei der ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird, eine Drehzahl des Hinterrads vor, die nicht mehr als eine vorgegebene Maximalabweichung von dem erfassten Drehzahl des Hinterrads abweicht. Durch diese Maßnahme wird die Geschwindigkeit des Fahrrads so gut wie möglich beibehalten, wobei gleichzeitig der Wirkungsgrad durch geeignete Gangwahl optimiert wird.
Gemäß einer vierten Ausführungsform wird als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Strom des Elektromotors erfasst, den der Elektromotor aufnimmt. Die Soll-Vorgabe gibt einen Maximalabgabestrom wieder, unterhalb dem ein Akkumulator, der den Elektromotor versorgt, ohne bleibende Schäden und ohne die Gefahr der Überhitzung verbleibt, wobei der Gang derart ausgewählt wird, dass der Strom unter dem Maximalabgabestrom liegt. Dadurch wird die Langlebigkeit erhöht bzw. die Ausfallsicherheit verringert, da der Akkumulator nicht außerhalb des
Normbereichs betrieben wird, wobei dies durch geeignete Gangwahl erreicht wird. Ferner kann eine Rückkehr in den Normbereich (von einem Extrembetriebsbereich aus) dadurch erreicht werden, dass durch die Gangwahl der Elektromotor mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben wird, wodurch sich die Stromaufnahme und somit die Belastung des Akkumulators ändert. Die Grenze, die den Normbereich markiert, hängt von der Temperatur des Akkumulators und ggf. von dessen Ladezustand ab, so dass diese beiden Parameter von der erfindungsgemäßen Steuerung ebenso berücksichtigt werden, um die Langlebigkeit des Akkumulators zu erhöhen und die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern. Anstatt des Akkumulators oder in Kombination hiermit kann auch ein Betriebsparameter der Leistungsendstufe des Motors (bsp. die Temperatur der Leistungsansteuerung) in gleicherweise wie Betriebsparameter des Akkumulators berücksichtigt werden.
Gemäß einer fünften Ausführungsform, die ebenso den Akkumulator betrifft, wird als der mindestens eine Ist- Betriebsparameter ein Strom des Elektromotors erfasst wird, den der Elektromotor aufnimmt. Die Soll-Vorgabe gibt einen Maximalabgabestrom wieder, unterhalb dem ein Ladezustand eines Akkumulators, der den Elektromotor versorgt, ausreichend ist, den Elektromotor für eine vorgegebene Distanz zu versorgen. Somit kann auch der Ladezustand als Ist- Betriebsparameter in der
Regelung berücksichtigt werden, wobei sich die Gangwahl hiernach richtet. Der Gang wird derart ausgewählt wird, dass der sich aus Distanz und Ladezustand ergebende Maximalabgabestrom nicht überschritten wird. Die zu überbrückende Distanz kann durch eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden.
Die vorgenannten Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, wobei als Soll- und Ist- Betriebsparameter alle hier genannten Betriebsgrößen der Antriebskomponente vorgesehen werden können. Die Antriebskomponenten sind insbesondere der Elektromotor, das Elektromotorgetriebe, der Tretkurbelantrieb, das Schaltgetriebe sowie der Abtrieb. Die Erfindung ermöglicht eine Optimierung der Betriebsparameter dieser Antriebskomponenten anhand der Gangwahl, die von dem Schaltgetriebe und insbesondere durch einen elektromechanischen Aktor
vorgenommen wird, der das Schaltgetriebe schaltet.
Die Soll-Vorgabe wird aus mehreren Soll-Vorgaben gemäß einem wählbaren
Fahrprogrammen ausgewählt. Verschiedenen Fahrprogrammen sind unterschiedliche Soll-Vorgaben zugeordnet. Die Fahrprogramme können über eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Gangs eines Schaltgetriebes eines Elektrofahrrads. Die Vorrichtung umfasst: eine
Sensorvorrichtung eingerichtet zum Erfassen mindestens eines Ist- Betriebsparameters einer Antriebskomponente des Elektrofahrrads, wobei die Sensorvorrichtung mit der
Antriebskomponente verbunden ist, um eine Betriebsgröße der Antriebskomponente zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vergleichsvorrichtung eingerichtet zum Vergleichen des mindestens einen Ist- Betriebsparameters mit einer Soll-Vorgabe, die einen Betriebspunkt des Elektroantriebs wiedergibt, der mit einem höheren
Wirkungsgrad, einer höheren Sicherheit oder einer höheren Langlebigkeit von
Komponenten des Elektroantriebs oder der Antriebskomponente verknüpft ist.
Die Soll-Vorgabe ist in einem Speicher der Vorrichtung abgelegt. Die Vorrichtung umfasst zudem einen Gangschaltungsaktor, der zum Ändern des Gangs eines an den Gangschaltungsaktor anschließbaren Schaltgetriebes des Elektrofahrrads eingerichtet ist. Die Vorrichtung sieht ferner eine Steuerung vor, die mit der Vergleichsvorrichtung verbunden ist, um eine von der Vergleichsvorrichtung vorgesehene Differenz zwischen Ist-Betriebsparameters und Soll-Vorgabe zu empfangen. Die Steuerung ist
eingerichtet, durch Ansteuern des daran angeschlossenen Gangschaltungsaktors den mindestens einen Ist- Betriebsparameters an den Soll- Betriebsparameters durch Ändern des Gangs anzunähern.
Kurze Beschreibung der Figur
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Figur dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 einen Regelkreis zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens Ausführungsbeispiele
In Figur 1 stellt einen Regelkreis dar, der eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch wiedergibt.
Der in Figur 1 dargestellte Regelkreis sieht eine Regelvorgabe 10 vor, die in dem Vergleichsglied 20 implementiert ist. Zum besseren Verständnis ist Regelvorgabe 10 als einzelnes Element dargestellt. Regelvorgabe 10 gibt als Regelziel einen maximalen Wirkungsgrad des Elektromotors 30 vor. In dem Vergleichsglied 20 liegt eine Kennlinie 22 des Elektromotors 30 vor, die symbolisch dargestellt ist, wobei auf der y-Achse der Kennlinie 22 der Wirkungsgrad und auf der x-Achse der Kennlinie 22 die Drehzahl aufgetragen ist. In dem Vergleichsglied 20 ist somit ein Zusammenhang zwischen einer Ist- Betriebsgröße (Drehzahl des Elektromotors) und der resultierenden Größe der Regelvorgabe (d.h. der Wirkungsgrad) hinterlegt.
Der Motor umfasst gegebenenfalls ein nicht dargestelltes Getriebe, dessen
Übersetzungsverhältnis in dem Vergleichsglied hinterlegt ist. Der Motor wird von dem Akkumulator 32 angetrieben und wandelt die übermittelte elektrische Leistung in Motorleistung um, deren Übertragung mit einem Doppelpfeil 34 dargestellt ist. Der Motor 30 ist über die mechanische Leistungsübertragung 34 mit dem Schaltgetriebe 40 verbunden, das die Motorbewegung gemäß dem eingestellten Gang des Getriebe 40 in - -
Drehzahl in Drehmoment umsetzt. Das Getriebe 40 gibt die umgewandelte
Drehbewegung an einen Abtrieb (nicht dargestellt) ab.
Das Vergleichsglied 20 gibt als Stellgröße einen einzustellenden Gang (d.h. ein Übersetzungsverhältnis einer begrenzten Anzahl an einstellbaren
Übersetzungsverhältnissen) an das Schaltgetriebe 40, bsp. eine Fahrrad- Kettenschaltung, aus. Das Schaltgetriebe 40 wird von dem Vergleichsglied 20 angesteuert und bildet das Stellglied der Regelung. Durch die ansteuernde Verbindung 24, die vom Vergleichsglied 20 zum Schaltgetriebe 40 führt, liegt die Information über den aktuellen Gang in dem Vergleichsglied 20 vor. Der zusätzliche Pfeil 26 stellt den zugehörigen Informationsfluss dar, der jedoch nicht tatsächlich stattfinden muss, wenn angenommen wird, dass das Schaltgetriebe 40 den angesteuerten Gang einlegt. Der zusätzliche Pfeil 26 kann von einem zusätzlichen Gangsensor an dem Schaltgetriebe 40 ausgehen, der den tatsächlichen Gang erfasst und an das Vergleichsglied 20 meldet. Das Vergleichsglied 20 erhält ferner über die Verbindung 36 die aktuelle
Drehzahl des Elektromotors 30 als Ist- Betriebsparameter, um daraus den aktuellen Wirkungsgrad ableiten zu können.
Falls lediglich die Fahrgeschwindigkeit, d.h. die Drehzahl des Laufrads, bekannt ist, d.h. wenn die Verbindung 36 nicht vorliegt, kann das Vergleichsglied 20 die aktuelle
Drehzahl des Motors 30 aufgrund der Kenntnis der festen Übersetzungsverhältnisse des Motorantriebs und des eingelegten Gangs (vgl. Informationsfluss 26) die aktuelle Drehzahl erstellen. Aufgrund der Rückkopplung 36 liegt jedoch in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform die Ist-Drehzahl als Ist- Betriebsparameter an dem Vergleichsglied 20 vor. Das Vergleichsglied 20 ermittelt den zugehörigen (d.h.
aktuellen) Wirkungsgrad 22a anhand der Kennlinie 22 und vergleicht diesen
Wirkungsgrad mit anderen Wirkungsgraden 22b, 22c, die sich bei anderen Drehzahlen ergeben würden, die anderen, einstellbaren Übersetzungsverhältnissen des
Schaltgetriebes 40 entsprechen.
Durch Vergleich wird ermittelt, dass der Wirkungsgrad 22b, der sich mit der zugehörigen Soll-Drehzahl (und dem damit verknüpften Gang) erreichen lässt, über dem Ist-Wirkungsgrad 22a und über dem weiteren, durch Gangwahl erreichbaren Wirkungsgrad 22c liegt. Daher wird gemäß der Regelvorgabe der Gang gewählt, der mit dem höchsten Wirkungsgrad erreichen lässt. Ferner wird die Drehzahl des Motors
40 auf die Drehzahl eingestellt, die mit dem höchsten Wirkungsgrad gemäß Kennlinie 22 verknüpft ist. Der letztgenannte Schritt entspricht im Allgemeinen der Anpassung - - von weiteren Betriebsgrößen der Antriebskomponenten an den angesteuerten Gang des Schaltgetriebes 40. Der Ist-Wirkungsgrad 22a entspricht dem Wirkungsgrad der aktuellen Drehzahl, der Wirkungsgrad 22b entspricht dem durch Vergleich ermittelten höchsten Wirkungsgrad, d.h. dem Soll-Wirkungsgrad, und der Wirkungsgrad 22c entspricht einem weiteren, möglichen Wirkungsgrad bei einem anderen Gang, der mit dem Wirkungsgrad 22b verglichen wird, um den Gang zu ermitteln, bei dessen Drehzahl der größte Wirkungsgrad vorgesehen wird.
Im Kontext des Verfahrens entspricht der Ist- Betriebsparameter der aktuellen
Motordrehzahl der Verbindung 36, wobei die Soll-Vorgabe der Drehzahl entspricht, die mit der Linie 22b gekennzeichnet ist. Da die Soll-Vorgabe mit einem höheren
Wirkungsgrad (= Regelungsziel) verknüpft ist, wird der Ist- Betriebsparameter, d.h. die aktuelle Drehzahl, der Soll-Vorgabe (d.h. Drehzahl mit höherem Wirkungsgrad) angepasst, indem der Gang gewechselt wird. Der Gang, in den gewechselt wird, ist mit einem Übersetzungsverhältnis verknüpft, das zu einer Drehzahl 22b führt, die aufgrund der Kennlinie 22 mit einem höheren Wirkungsgrad verknüpft ist.
Die Regelvorgabe 10 kann als Teil eines äußeren Regelkreises betrachtet werden, der die Maximierung von Wirkungsgrad, Sicherheit oder Langlebigkeit zum Ziel hat. Die Soll-Vorgabe betrifft einen näher dargestellten inneren Regelkreis, und betrifft
Betriebsgrößen von Antriebskomponenten wie Drehzahl, Drehmoment, Motorstrom, Motor- oder Akkumulatortemperatur, Motorleistung oder andere Größen, die erfasst werden, und deren Änderung mit einer Änderung von Wirkungsgrad, Sicherheit oder Langlebigkeit (= Größen der Regelvorgabe) einhergeht.