DASBACH, Gregor (Rue Charles De Coulomb, Mondeville, F-14120, FR)
ZYWIETZ, Martin (Asternweg 11, Ludwigsburg, 71642, DE)
KIMMICH, Peter (Lessingstr. 39, Schoenaich, 71101, DE)
KOHLRAUSCH, Philipp (Lehenstrasse 9, Stuttgart, 70180, DE)
DURDEVIC, Ivica (Kirchgasse 31, Pliezhausen, 72124, DE)
DASBACH, Gregor (Rue Charles De Coulomb, Mondeville, F-14120, FR)
ZYWIETZ, Martin (Asternweg 11, Ludwigsburg, 71642, DE)
KIMMICH, Peter (Lessingstr. 39, Schoenaich, 71101, DE)
KOHLRAUSCH, Philipp (Lehenstrasse 9, Stuttgart, 70180, DE)
| Ansprüche 1. Verfahren zur Zustandserfassung von Pedalsensoren eines Fahrrads mit Elektroantrieb, mit den Schritten: Vorsehen eines Drehzahlsensorsignals mittels eines Drehzahlsensors der Pedalsensoren; Vorsehen eines Drehmomentsensorsignals mittels eines Drehmomentsensors der Pedalsensoren; Ermitteln eines ersten Pedalantriebzustands anhand des Drehzahlsensorsignals und eines zweiten Pedalantriebzustands anhand des Drehmomentsensorsignals; Vergleichen des ersten Pedalantriebzustands mit dem zweiten Pedalantriebzustand und Vorsehen eines Fehlersignals, wenn sich der erste Pedalantriebzustand von dem zweiten Pedalantriebzustand unterscheidet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentsensorsignal, anhand dessen der zweite Pedalantriebzustand ermittelt wird, vorgesehen wird, während das Elektrofahrrad mit dem Elektroantrieb angetrieben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als erster Pedalantriebzustand ein aktiver Pedalantrieb angenommen wird, wenn das Drehzahlsensorsignal über einem vorgegebenen Mindestdrehzahlschwellwert liegt, und andernfalls ein fehlender Pedalantrieb angenommen wird, und wobei als zweiter Pedalantriebzustand ein aktiver Pedalantrieb angenommen wird, wenn das Drehmomentsensorsignal über einem vorgegebenen Mindestdrehmomentschwellwert liegt, und andernfalls ein fehlender Pedalantrieb angenommen wird. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Drehmomentsensorsignal ein zeitlich gemittelter Drehmomentwert oder ein Spitzen-Spitzenwert, der die Differenz zwischen einem relativen Maximum und einem relativen Minimum eines Momentan-Drehmomentsignals des Drehmomentsensors wiedergibt, vorgesehen wird, oder wobei der zweite Pedalantriebzustand anhand eines zeitlich gemittelten Drehmomentsensorsignals oder anhand des Spitzen-Spitzenwerts des Momentan- Drehmomentsignals des Drehmomentsensors ermittelt wird. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Drehzahlsensorsignal ein zeitlich gemittelter Drehzahlwert oder ein Spitzen- Spitzenwert, der die Differenz zwischen einem relativen Maximum und einem relativen Minimum eines Momentan-Drehzahlsignals des Drehzahlsensors wiedergibt, vorgesehen wird, oder wobei der erste Pedalantriebszustand anhand eines zeitlich gemittelten Drehzahlsensorsignals oder anhand des Spitzen- Spitzenwerts des Momentan-Drehzahlsignals des Drehzahlsensors ermittelt wird. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fehlersignal angezeigt wird, bei Vorliegen des Fehlersignals eine Warnung akustisch oder optisch abgegeben wird oder bei Vorliegen des Fehlersignals der Elektroantrieb abgeschaltet wird oder eine Kombination dieser Maßnahmen. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste oder der zweite Pedalbetriebszustand anhand einer arithmetischen oder logischen Kombination des Drehzahlsensorsignals mit dem Drehmomentsensorsignal, insbesondere eines Produkts oder einer UND-Verknüpfung oder einer ODER- Verknüpfung des Drehzahlsensorsignals mit dem Drehmomentsensorsignal, vorgesehen wird. 8. Steuerungsvorrichtung, eingerichtet zur Steuerung eines Elektroantriebs (80) eines Elektrofahrrads, wobei die Steuerungsvorrichtung (10) Pedalsensoren (20, 22) umfasst, die zur Erfassung von Drehzahl und Drehmoment eines Pedalantriebs eingerichtet sind, wobei die Steuerungsvorrichtung (10) eine Auswerteschaltung umfasst, die einen Schwellwertvergleicher (40, 42) aufweist, welcher durch Vergleich des Signals des Drehzahlsensors mit einem ersten Schwellwert einen ersten Pedalantriebzustand und durch Vergleich des Signals des Drehmomentsensors mit einem zweiten Schwellwert einen zweiten Pedalantriebszustand erfasst; wobei die Auswerteschaltung ferner eine Fehlererfassungsschaltung (60) aufweist, die eingerichtet ist, den ersten Pedalantriebzustand mit dem zweiten Pedalantriebzustand zu vergleichen und bei unterschiedlichen Zuständen ein Fehlersignal vorsieht. 9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner eine Spitzen-Spitzenwert- Erfassungsschaltung (50, 52) umfasst, die eingerichtet ist, eine Differenz zwischen einem relativen Minimum und einem relativen Maximum des jeweiligen Signals zumindest eines der Sensoren vorzusehen und an einen Eingang des Schwellwertvergleichers (40, 42) zu leiten, oder die eine Mittelungsschaltung umfasst, die eingerichtet ist, einen zeitlichen Mittelwert des jeweiligen Signals zumindest eines der Sensoren (20, 22) vorzusehen und an den Eingang des Schwellwertvergleichers zu leiten. 10. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die ferner eine Leitung (100) umfasst, die ein Signal (64) vorhält, das den Antriebszustand des Elektroantriebs (80) kennzeichnet, wobei die Auswerteschaltung (30) oder Fehlererfassungsschaltung (60) mit der Leitung (100) verbunden und eingerichtet ist, nur bei einem aktiven Antriebszustand des Elektroantriebs (80) zu arbeiten. |
Verfahren zur Zustandserkennung von Pedalsensoren eines Fahrrads mit
Elektroantrieb sowie Steuerungsvorrichtung hierfür
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Fahrräder mit elektrischem Zusatzantrieb, wobei derartige Fahrräder bekannt sind, bei denen die Stärke des zusätzlichen elektrischen Antriebs durch die Pedale des Fahrrads gesteuert wird.
Aus WO 08/138320 ist bekannt, dass die Pedale des Fahrrads mit Sensoren zur Erfassung des Drehmoments und der Drehzahl ausgerüstet werden, um aus beiden Größen die vom Fahrer ausgeübte Leistung zu berechnen und anhand dieser Leistung den Zusatzantrieb anzusteuern.
In DE 199 49 225 AI wird beschrieben, den zeitlichen Verlauf eines erfassten Drehmoments, das der Fahrer auf die Pedale ausübt, zum Einstellen eines Fahrmodus des elektrischen Antriebs zu verwenden.
Bei beiden Varianten, d. h. bei der Verwendung des Produkts aus Drehmoment und Drehzahl sowie bei der Betrachtung der Drehzahl alleine führen fehlerhafte Sensorwerte automatisch zu einer falschen Ansteuerung, die gegebenenfalls zu gefährlichen Situationen im Straßenverkehr führen kann. Da die Sensoren an exponierter Lage, d. h. an der Tretkurbel bzw. an den Pedalen angeordnet sind, ergibt sich jedoch für die Sensoren eine hohe Fehleranfälligkeit, da
üblicherweise auf diese Fahrradkomponenten eine hohe mechanische
Belastung ausgeübt wird. Ferner kann auch eine Kapselung nicht vollständig verhindern, dass die Sensoren beispielsweise durch Witterungseinflüsse beeinträchtigt werden.
Es ergibt sich daher bei der Verwendung der Steuergrößen Drehzahl und Drehmoment am Pedal gemäß bekannter Verfahren das Problem, dass aufgrund von Sensorfehlern ein unerwünschter Fahrbetrieb eingestellt wird, wodurch der Fahrradfahrer oder seine Umwelt gefährdet werden können. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, mit dem/der elektrische Zusatzantrieb von Fahrrädern auf sichere Weise angesteuert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren in Anspruch 1 und die
Steuerungsvorrichtung von Anspruch 8.
Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept ist es, sowohl Drehzahl der Pedale als auch das Drehmoment des Fahrers zu erfassen, das auf die Pedale wirkt und anhand einer dieser Größen die andere zu plausibilisieren. Da bei der Betätigung der Pedale durch den Fahrer üblicherweise beide Größen gleichermaßen beeinflusst werden, sind beide Größen miteinander verknüpft, so dass anhand dieser Verknüpfung ein
Sensorfehler zur Erfassung einer dieser Größen erkannt werden kann, wenn beide Größen miteinander verglichen werden.
Wenn beispielsweise der Fahrer selbst für Antrieb sorgt, so sind sowohl Drehzahl als auch Drehmoment größer null. Wenn in dieser Situation beispielsweise der
Drehzahlmesser fehlerhaft ist, so kann dies erkannt werden, da üblicherweise mit einem Drehmoment größer null nach einer kurzen Verzögerung auch eine Drehzahl größer null einhergeht. Dies trifft auch für den umgekehrten Fall zu, wenn
beispielsweise der Drehmomentsensor defekt ist und trotz Betätigung der Pedale einen Drehmomentwert von null erzeugt, wobei jedoch die Pedale mit einer Drehzahl größer null betätigt werden. In diesem Fall kann auf einen defekten Drehmomentsensor geschlossen werden. Die Plausibilisierung wird vorgesehen, indem aus beiden
Signalen, d. h. aus dem Drehzahlsensorsignal und aus dem Drehmomentsensorsignal jeweils ein Pedalantriebszustand ermittelt wird. Hierbei kann der Pedalantriebszustand beispielsweise einen der zwei folgenden Werte annehmen: ruhend und betätigt.
Ergeben sich unterschiedliche Pedalantriebszustände anhand der Sensorsignale, dann wird auf einen Fehler geschlossen. Daher werden die beiden Pedalantriebszustände, die aus den beiden Sensorsignalen getrennt voneinander ermittelt wurden, miteinander verglichen, wobei bei unterschiedlichen Pedalantriebszuständen ein Fehlersignal ausgegeben wird. Dadurch wird der Zustand der Pedalsensoren erfasst, wobei der Zustand der Pedalsensoren einen von zwei Werten aufweisen kann, beispielsweise „fehlerhaft" oder„funktionsfähig". Daher sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustandserfassung von
Pedalsensoren eines Fahrrads mit Elektroantrieb vor, ein Drehzahlsensorsignal mittels eines Drehzahlsensors sowie ein Drehmomentsensorsignal mittels eines
Drehmomentsensors vorzusehen. Sowohl Drehzahlsensor als auch
Drehmomentsensor sind Pedalsensoren des Fahrrads. Vorzugsweise sind die
Pedalsensoren an der Kurbelwelle oder an den Pedalen angebracht. Hierbei kann der Drehzahlsensor durch einen Drehgeber vorgesehen sein, beispielsweise einen optischen oder induktiven Drehgeber, und der Drehmomentsensor kann als
Kraftsensor, beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß sieht das Verfahren ferner vor, einen ersten Pedalantriebszustand anhand des Drehzahlsensorsignals zu ermitteln sowie, getrennt hiervon, einen zweiten Pedalantriebszustand anhand des Drehmomentsensorsignals zu ermitteln. Da die beiden Pedalantriebszustände mit unterschiedlichen Sensoren erfasst werden, können diese zum gegenseitigen Abgleich verwendet werden, um einen fehlerhaften Sensor zu erfassen. Erfindungsgemäß wird ferner der erste Pedalantriebszustand mit dem zweiten Pedalantriebszustand verglichen und ein Fehlersignal wird vorgesehen, wenn die beiden Pedalantriebszustände unterschiedlich sind. Die Pedalantriebszustände können binärer Natur sein und einen Pedalruhezustand von einem Bewegungszustand bzw. Betätigungszustand der Pedale unterscheiden. Das Fehlersignal gibt somit wieder, dass die beiden Sensoren zu unterschiedlichen Betriebseinschätzungen führen, die das Ergebnis eines defekten Sensors sind. In einigen Fahrsituationen können die beiden Pedalantriebszustände unterschiedlich sein, auch wenn die Sensoren funktionstüchtig sind. Wenn beispielsweise das Fahrrad rollt und die Pedale betätigt werden, ohne dass jedoch der Freilauf geschlossen ist (d. h. Mittreten ohne Kraftübertragung), oder im Stand, wenn ein Fuß auf einem Pedal ruht, dieses jedoch nicht bewegt wird, ergeben sich trotz korrekter Sensorsignale unterschiedliche Einschätzungen des Pedalantriebszustands. Um dadurch ausgelöste unzutreffende Fehlersignale zu vermeiden, wird vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, wenn das Elektrofahrrad mit dem Elektroantrieb angetrieben wird. Insbesondere wird das Drehmomentsensorsignal nur dann vorgesehen, während das Elektrofahrrad mit dem Elektroantrieb angetrieben wird, wobei die
erfindungsgemäße Auswertung (Ermitteln des zugehörigen Pedalantriebszustands und
Vergleichen der Pedalantriebszustände) nur bei aktiv verwendetem Elektroantrieb durchgeführt wird. Alternativ oder in Kombination hiermit kann auch das Drehzahlsensorsignal, anhand dessen der erste Pedalantriebszustand ermittelt wird, nur dann vorgesehen werden, während der Elektroantrieb zur Bewegung des Fahrrads beiträgt. In einer weiteren Ausführungsform werden sowohl die Pedalantriebszustände ermittelt, als auch diese verglichen, auch wenn der Elektroantrieb nicht aktiv ist, wobei jedoch das Fehlersignal nur dann erzeugt oder weitergeleitet wird, wenn der Elektroantrieb auch aktiv ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass nur einer der Schritte des Ermitteins und des Vergleichens ausgeführt wird, wenn der Elektroantrieb nicht aktiv ist, so dass zumindest eine Komponente des Verfahrens nicht ausgeführt wird, wenn der Elektroantrieb nicht aktiv ist und alle Komponenten des Verfahrens nur dann ausgeführt werden, wenn der Elektroantrieb aktiv ist.
Eine weitere Größe, die bei der erfindungsgemäßen Zustandserfassung als
Eingangsgröße berücksichtigt werden kann, ist die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
(d.h. des Elektrofahrrads). Diese kann anstatt oder in Kombination mit der elektrischen Zusatzleistung des Elektroantriebs bzw. dem Aktivierungszustand des Elektroantriebs verwendet werden. Beispielsweise kann nur dann ein Fehlersignal abgegeben werden (bei entsprechenden Sensorsignalen), wenn die Fahrgeschwindigkeit über einem Mindestschwellwert liegt. Insbesondere kann der Einfluss der Fahrgeschwindigkeit auf die erfindungsgemäßen Zustandserfassung wiederum von der Fahrgeschwindigkeit selbst abhängen, um unterschiedliche logische Kombinationen der Sensorsignale oder der daraus gewonnenen Zustände für verschiedene Fahrgeschwindigkeitsbereiche vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Zustandserfassung kann grundsätzlich von den
Eingangsgrößen Pedaldrehmoment M, Pedaldrehzahl N, Fahrgeschwindigkeit v und Drehzahl des Motors des Elektroantriebs abhängen, wobei M und N vorzugsweise immer berücksichtigt werden. Die erfindungsgemäße Zustandserfassung kann auf einer (logischen) Entscheidungsmatrix basieren, bei der zunächst die Eingangsgrößen in Klassen kategorisiert werden, bsp. durch Einteilung der Größe in unterschiedliche Intervalle, bsp. mittels eines Schwellwertvergleichs. Die Matrix sieht für Kombinationen der Klassen, die jeweils bestimmten Fahrzuständen entsprechen, logische
Verknüpfungen vor, deren Ergebnisse jeweils eine Aussage über den Fehlerzustand geben. Die logischen Verknüpfungen geben ein Normverhalten wieder, um bei
Abweichungen von dem Normverhalten auf einen Fehler zu schließen. So kann beispielsweise für hohe Geschwindigkeiten v eine andere Auswertung der restlichen Eingangsgrößen vorgenommen werden, als bei geringen Geschwindigkeiten v. Es ist nicht notwendig, dass alle Eingangsgrößen in jeder Kombination der Matrix eine Rolle spielen, wobei jedoch Pedaldrehmoment M und Pedaldrehzahl N in jedem Fall innerhalb der Matrix miteinander logisch Verknüpft werden
Der Pedalantriebszustand wird anhand des zugehörigen Sensorsignals durch
Vergleichen mit einem Mindestschwellwert erfasst. Wenn das Drehzahlsensorsignal über einem vorgegebenen Mindestschwellwert liegt, wird von einem aktiven
Pedalantrieb ausgegangen und ansonsten wird von einem fehlenden Pedalantrieb (keine Leistungsübertragung von Pedal auf Fahrrad) ausgegangen. Als erster
Pedalantriebszustand wird ein aktiver Pedalantrieb nur dann angenommen, wenn das Drehzahlsensorsignal über einem vorgegebenen Mindestdrehzahlschwellwert liegt, und ein aktiver Pedalantrieb wird als zweiter Pedalantriebszustand nur dann angenommen, wenn das Drehmomentsensorsignal über einem vorgegebenen
Mindestdrehmomentschwellwert liegt. Andernfalls wird von einem fehlenden
Pedalantrieb ausgegangen.
Zur Ermittlung des Pedalantriebszustands kann das jeweilige Momentansensorsignal verwendet werden, d. h. das Momentandrehzahlsensorsignal oder das
Momentandrehmomentsensorsignal. Vorzugsweise wird jedoch insbesondere zur
Ermittlung des zweiten Pedalantriebszustands ein aktueller Spitzen-Spitzenwert angenommen, der sich zwischen dem relativen Maximum und dem relativen Minimum des momentanen Drehmomentsensorsignals ergibt. Mit anderen Worten wird vorzugsweise der volle Amplitudenhub verwendet, um das Drehmomentsensorsignal zu beurteilen. In gleicher Weise kann auch das Drehzahlsensorsignal beurteilt werden.
Ferner kann ein zeitlich gemittelter Wert des Sensorsignals verwendet werden, insbesondere ein zeitlich gemittelter Drehmomentwert des Drehmomentsensorsignals, um so als Kriterium die Leistung des Drehmomentsensorsignals zu verwenden, um den zweiten Pedalantriebszustand zu ermitteln. In gleicher Weise kann auch ein gemittelter Drehmomentsensorsignalwert verwendet werden, um den ersten
Pedalantriebszustand zu ermitteln.
Vorzugsweise wird als Drehzahlsensorsignal die Winkeländerungsrate betrachtet, wobei sinusförmige Schwankungen, die für den normalen Fahrbetrieb üblich sind, erfasst werden, indem ein Spitzen-Spitzenwert der Winkeländerungsrate als Kriterium verwendet wird, um aus den Schwankungen auf die Oszillationen im
Fahrerdrehmoment zu schließen. Hierbei ist ein Spitzen-Spitzenwert vorzugsweise die Differenz zwischen einem relativen Maximum und einem vorhergehenden relativen Minimum des jeweiligen Signals, vorzugsweise das unmittelbar vorhergehende oder unmittelbar folgende Minimum bzw. Maximum. Als Alternative hierzu kann die Differenz von relativem Maximum bzw. relativem Minimum zu einer Nulllinie betrachtet werden, wobei die Nulllinie dem Gleichanteil des Signals entspricht. Ferner kann der
Signalverlauf, insbesondere die Schwankungen des Signalverlaufs des jeweiligen Sensorsignals, betrachtet werden und mit dem Verlauf des zweiten Sensors verglichen werden, um zu ermitteln, ob die Sensoren funktionieren.
Der Drehzahlverlauf oder der Drehmomentverlauf der Pedalsensoren kann ferner erfasst werden durch Betrachtung des entsprechenden Signals über mehrere
Perioden. Werden für den Drehzahlverlauf und/oder den Drehmomentverlauf unterschiedliche Amplituden, Periodendauern oder Leistungen für unterschiedliche Perioden erfasst, so kann auf einen Sensorfehler geschlossen werden. Unterscheiden sich die Schwankungsbreiten, bsp. bei nahezu konstantem Sinusverlauf bei dem Drehmoment, während die Drehzahl einen schwankenden Sinusverlauf zeigt (d.h. mit unterschiedlichen Periodendauern, Amplituden oder Leistungen für unterschiedliche Perioden), der bei menschlicher Pedalbetätigung üblich ist, kann auf einen Fehler geschlossen werden. Hierbei sind Drehmoment und Drehzahl vertauschbar.
Grundsätzlich kann als Sensorsignal ein Momentansignal selbst, ein über ein
Zeitfenster gemitteltes Signal, eine (erste) zeitliche Ableitung des Signals oder einen Spitzen-Spitzenwert des Signals herangezogen werden, um den ersten bzw. zweiten Pedalantriebszustand zu ermitteln. Eine besonders einfache Auswertung ergibt sich, wenn binäre Schwellwertvergleiche verwendet werden.
Als Resultat der erfindungsgemäßen Zustandserfassung wird ein Fehlersignal vorgesehen, wobei dies beispielsweise angezeigt oder verwendet werden kann, um bei Vorliegen des Fehlersignals den Elektroantrieb abzuschalten. Weiterhin kann bei Vorliegen des Fehlersignals eine Warnung abgegeben werden, beispielsweise akustisch oder optisch. Diese Maßnahmen können in beliebiger Weise kombiniert werden, beispielsweise kann bei Auftreten eines Fehlersignals eine Warnung abgegeben werden und der Elektroantrieb kann abgeschaltet werden. Hierbei kann anstatt der Warnung oder in Kombination hiermit das Fehlersignal angezeigt werden.
Der Vergleich des ersten Pedalantriebszustands mit dem zweiten
Pedalantriebszustand kann vorgesehen werden, indem beispielsweise eine
Kombination des ersten und des zweiten Pedalantriebszustands mit dem ersten Pedalantriebszustand einzeln oder mit dem zweiten Pedalantriebszustand einzeln verglichen wird. So kann beispielsweise zunächst eine Kombination des ersten und des zweiten Pedalantriebszustands vorgesehen werden, beispielsweise eine logische Kombination wie eine UND-Verknüpfung oder ODER-Verknüpfung, die wiederum mit einem einzelnen, d. h. mit dem zweiten Pedalantriebszustand verglichen wird bzw. logisch verknüpft wird. Dies ist ebenso auf arithmetischer Ebene möglich, wobei die Kombination hierbei beispielsweise als Produkt der Drehzahlsensorsignale vorgesehen wird.
Die letztgenannte Möglichkeit eignet sich insbesondere bei der Verwendung von Sensorsignalen, die eine Vielzahl von Werten oder einen kontinuierlichen Wertebereich einnehmen können, wobei das Produkt mit einem (beispielsweise normierten)
Sensorsignal verglichen wird. Ist so beispielsweise die Drehzahl aufgrund eines Sensorfehlers null, jedoch das Drehmomentsensorsignal größer null, so ergibt sich als Produkt null. Wird dieses Produkt mit dem Drehmomentsensorsignal verglichen, so ergibt sich eine offensichtliche Diskrepanz, aus der auf einen Fehler geschlossen werden kann. Da beide Sensoren defekt sein können, bietet sich an, dass die
Kombination sowohl mit dem einen als auch mit dem anderen Sensorsignal vorgesehen wird.
Wenn hingegen die Sensorsignale bereits mit einem Schwel Iwertvergleicher klassifiziert sind und somit nur zwei binäre Werte annehmen können (d. h. größer als Schwellwert oder kleiner als Schwellwert), dann bietet sich eine UND-Verknüpfung oder eine ODER-Verknüpfung an. Die Auswertung umfasst vorzugsweise eine
Verknüpfung dieser Kombination mit dem einen (binären) Sensorsignal, wie auch mit dem anderen (binären) Sensorsignal. Im Sinne der Erfindung wird ein Ermitteln des ersten bzw. des zweiten Pedalantriebszustands anhand des zugehörigen
Sensorsignals auch durch Ermitteln eines Pedalantriebszustands anhand einer Kombination der Sensorsignale vorgesehen, soweit die beiden Pedalantriebszustände auf unterschiedliche Weise ermittelt werden, beispielsweise anhand unterschiedlicher Kombinationen oder anhand unterschiedlicher einzelner Sensorsignale
(Drehzahlsensorsignal bzw. Drehmomentsensorsignal).
Die erfindungsgemäße Ermittlung anhand eines Signals kann anhand des Signals selbst durchgeführt werden oder anhand von Kriterien des Signals (beispielsweise Spitzen-Spitzenwert oder Mittelwert oder Leistung oder Amplitude) oder kann anhand einer binär ausgewählten Form des Signals ausgeführt werden, wobei die Auswertung beispielsweise mit einem Schwellwertvergleich durchgeführt wird.
Die Erfindung wird ferner vorgesehen durch eine erfindungsgemäße
Steuerungsvorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist. Die
Steuerungsvorrichtung umfasst die Pedalsensoren, d. h. sowohl den Drehzahlsensor als auch den Drehmomentsensor. Eine Auswerteschaltung der Steuerungsvorrichtung weist einen Schwellwertvergleicher auf, der eingerichtet ist, das Signal des
Drehzahlsensors, das Signal des Drehzahlsensors oder eine Kombination hiervon mit einem vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen. Hierbei werden ein erster sowie ein zweiter Schwellwert vorgesehen, um die unterschiedlichen Signale bzw.
Signalkombinationen auszuwerten. Beispielsweise wird das Signal des
Drehzahlsensors mit einem ersten Schwellwert verglichen und das Signal des
Drehzahlsensors wird mit einem zweiten Schwellwert verglichen. Hierbei ist der Schwellwertvergleicher eingerichtet, den ersten Schwellwert und den zweiten
Schwellwert mit den jeweiligen Signalen oder Kombinationen der Signale zu vergleichen.
Als Resultat des Vergleichs wird der erste bzw. zweite Pedalantriebszustand von dem Schwellwertvergleicher vorgesehen, wobei der Schwellwertvergleicher somit einen
Ausgang aufweist, der beide Pedalantriebszustände ausgibt. Dieser Ausgang ist vorzugsweise mit einer Fehlererfassungsschaltung der Auswerteschaltung verbunden, die die auf unterschiedliche Weise gewonnenen Pedalantriebszustände miteinander vergleicht. Hierzu weist die Fehlererfassungsschaltung einen Eingang auf, der mit dem Ausgang des Schwellwertvergleichers verbunden ist. Die Fehlererfassungsschaltung umfasst ferner einen Ausgang, der eingerichtet ist, bei unterschiedlichen Zuständen am Eingang der Fehlererfassungsschaltung ein Fehlersignal vorzusehen. Der Ausgang der Fehlerfassungsschaltung ist eingerichtet, mit dem Antrieb verbunden zu werden, um diesen bei Erfassung eines Fehlersignals auszuschalten.
Darüber hinaus kann der Ausgang der Fehlererfassungsschaltung eingerichtet sein, ein erfasstes Fehlersignal an eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung auszugeben. Spezifische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Steuerungsvorrichtung umfassen auch eine derartige Anzeige bzw. auch eine
Steuerung, die den Antrieb steuert und die eingerichtet ist, bei auftretendem
Fehlersignal die Leistung des Antriebs zu reduzieren, vorzugsweise auf null. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuerungsvorrichtung eine Spitzen-Spitzenwerterfassungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Differenz zwischen einem relativen Minimum und einem relativen Maximum des jeweiligen Signals vorzusehen. Das jeweilige Signal stammt hierbei von einem der Sensoren oder von einer Kombinationsschaltung, die zur Kombination der Sensorsignale eingerichtet ist.
Dadurch wird nicht das Sensorsignal selbst sondern eine daraus abgeleitete
Signalform bewertet. Die Spitzen-Spitzenwerterfassungsschaltung ist mit einem Eingang des Schwellwertvergleichers verbunden, um diesem die abgewandelte Signalform zuzuleiten. Die Steuerungsvorrichtung kann ferner eine Mittelungsschaltung umfassen, die mit den Sensoren verbunden ist oder die mit einer
Kombinationsschaltung verbunden ist, die zur Kombination der Sensorsignale eingerichtet ist. Die Mittelungsschaltung ist eingerichtet, einen zeitlichen Mittelwert des eingegebenen Signals (des Sensorsignals oder eines kombinierten Sensorsignals) zu bilden. Die Mittelungsschaltung ist ebenso mit einem Eingang des
Schwellwertvergleichers verbunden, um mit diesem die durch Mittelung abgewandelte
Signalform zuzuleiten. Sowohl Mittelwert als auch Spitzen-Spitzenwert sind
Charakteristika der Signalform, anhand derer sich ein Fehler der Sensoren besonders gut erkennen lässt. Eine weitere Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung berücksichtigt den
Antriebszustand des Elektroantriebs, indem dieser eine Leitung (beispielsweise einen Anschluss oder eine Zwischensignaldurchleitung) umfasst. Diese trägt ein Signal bzw. ist mit einem Pegel beaufschlagt, der den Antriebszustand des Elektroantriebs kennzeichnet, beispielsweise ein binäres An-/Aussignal oder einen Leistungswert des Antriebs. Komponenten der Steuerungsvorrichtung, insbesondere die
Auswerteschaltung oder die Fehlererfassungsschaltung sind mit dieser Leitung verbunden und eingerichtet, nur bei einem aktiven Antriebszustand des Elektroantriebs zu arbeiten. Derartige Komponenten umfassen somit mindestens einen Enable- Eingang, der dazu führt, dass entweder der Vergleich, die Erfassung oder die
Fehlersignalabgabe nur dann ausgeführt wird, wenn der Enable- Eingang einen bestimmten Pegel aufweist.
Auf diese Weise wird die Fehlererfassung oder Fehlersignalabgabe unterdrückt, wenn der Elektroantrieb nicht aktiv ist. Der Antriebszustand des Elektroantriebs kann jedoch auch auf andere Weise in die logische Verknüpfung oder Kategorisierung (mittels
Schwellwertvergleich) der Eingangsgrößen einfließen, beispielsweise, indem die Schwellwerte für unterschiedliche Antriebszustände des Elektroantriebs verschieden sind, um ein Norm- Fahrsituationen zu unterscheiden.
Die Steuerungsvorrichtung kann realisiert sein mittels einer fest verdrahteten
Logikschaltung, mittels eines Prozessors und zugehöriger Software oder einer
Kombination hiervon. Vorzugsweise wird ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller verwendet, der einige oder alle Komponenten der Steuerungsvorrichtung mittels Software umsetzt. Die Ein- bzw. Ausgänge können daher in Form von elektrischen Anschlüssen vorliegen oder auch als Eingabe- oder Ausgabeparameter eines
Softwareabschnitts, beispielsweise eines Softwaremoduls oder einer Funktion vorgesehen sein. Die Verbindung wird dann durch Abruf bzw. Speichern der gleichen Speicherzelle vorgesehen. In gleicher Weise können Verfahrensschritte mit einer fest verdrahteten Logikschaltung, einem Prozessor und zugehöriger Software oder einer Kombination hiervon ausgeführt werden. Insbesondere können Verfahrensschritte oder Vorrichtungskomponenten lediglich als Software vorliegen, die von einem Prozessor verarbeitet wird. Komponenten der Erfindung, die als Schaltung bezeichnet werden, werden somit umgesetzt durch den Prozessor, wobei sich die spezifischen Funktionen aus dem Zusammenwirken von Prozessor und Software ergeben. Kurze Beschreibung der Figur
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Die Figur 1 eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung mit zugehöriger Peripherie. Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist eine Steuerungsvorrichtung 10 dargestellt, die einen
Drehmomentsensor 20 und einen Drehzahlsensor 22 umfasst. Die Sensoren 20 und 22 sind an eine Auswerteschaltung 30 angeschlossen. Die Auswerteschaltung 30 umfasst zwei Schwellwertvergleicher 40, die jeweils einem Drehzahlsensor zugeordnet sind. Alternative Ausführungsformen können nur einen Schwellwertvergleicher aufweisen, der den Vergleich für beide Sensoren 20, 22 übernimmt. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist an den ersten Schwellwertvergleicher 40 eine erste Schwellwertvorgabe 40a angeschlossen und an dem zweiten Schwellwertvergleicher 42 ist eine zweite Schwellwertvorgabe 42a angeschlossen.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drehzahlsensor 20 über eine Spitzen-Spitzenwerterfassungsschaltung 50 an den ersten Schwellwertvergleicher 40 angeschlossen und der Drehzahlsensor 22 ist über eine Spitzen-Spitzenwert- erfassungsschaltung 52 an dem zweiten Schwellwertvergleicher 42 angeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist nur der Drehzahlmesser über eine Spitzen- Spitzenwerterfassungsschaltung an den Schwellwertvergleicher angeschlossen, wobei der Drehzahlsensor unmittelbar an den zugehörigen Schwellwertvergleicher angeschlossen ist. Sowohl die Sensoren 20, 22 als auch die Schwellwertvorgaben 40a, 42a sind an jeweilige Eingänge der Schwellwertvergleicher 40, 42 angeschlossen, um jeweils einen Sensorwert mit einer Schwellwertvorgabe zu vergleichen. Die
Auswerteschaltung 30 umfasst ferner eine Fehlererfassungsschaltung 60, die die beiden Ergebnisse der beiden Schwellwertvergleicher 40, 42 gegeneinander abschätzt.
Die Ausgaben der Schwellwertvergleicher 40, 42 entsprechen den
Pedalantriebszuständen. Sind diese beiden unterschiedlich, so gibt die
Fehlererfassungsschaltung an einem Ausgang 62 ein Fehlersignal aus, um eine daran angeschlossene Ansteuerung 70 des Elektroantriebs 80 an- oder auszuschalten. Als alternative Peripheriegeräte sind eine Anzeige 72 oder ein akustischer Signalgeber 74, die anstatt oder in Kombination mit der Ansteuerung 70 an den Ausgang der
Fehlererfassungsschaltung angeschlossen werden können, möglich. Der Ausgang der Fehlererfassungsschaltung sieht das Fehlersignal vor. Der Antrieb 70 ist mechanisch mit den Sensoren 20, 22 gekoppelt, soweit der Freilauf des Fahrrads geschlossen ist. Die zugehörige mechanische Verbindung ist durch die gestrichelte Linie 90 dargestellt. Antrieb 80 und Sensoren 20, 22 sind nur mittelbar miteinander mechanisch verbunden, wobei die Sensoren 20 und 22 unmittelbar mit der Kurbelwelle bzw. den Pedalen des Fahrrads verbunden sind und der Antrieb 80 nur dann mit den Pedalen verbunden ist, wenn die Pedale entsprechend betätigt werden.
Um zu erkennen, ob der Antrieb 80 aktiv ist, ist der Antrieb 80 über eine Leitung 100 mit der Fehlererfassungsschaltung 60 verbunden, um die Ausgabe eines Fehlersignals am Ausgang 62 zu unterbinden, wenn der Antrieb 80 nicht aktiv ist. Die Leitung 100 überträgt ein Signal, das den Aktivierungszustand des Antriebs 80 wiedergibt, an die
Fehlererfassungsschaltung 60. Alternativ kann das Aktivierungssignal auch von der Ansteuerung 70 stammen. Ferner kann der Anschluss 64 der Fehlererfassungsschaltung 60 auch ein allgemeiner Enable-Anschluss der
Steuerungsvorrichtung 10 sein, um diese nur dann zu aktivieren, wenn der elektrische Antrieb eingeschaltet ist. Dadurch arbeitet die Steuerungsvorrichtung nur dann, wenn ein aktiver Antriebszustand des Elektroantriebs 80 vorliegt.
Die oben anhand der Figur 1 beschriebene Schaltung geht von einer fest verdrahteten Schaltung aus. Jedoch wird vorzugsweise die beschriebene Schaltung mittels eines programmierbaren Prozessors und zugehöriger Software umgesetzt, so dass die in Figur 1 dargestellten Schaltungskomponenten als Programmblöcke zu interpretieren sind, die als Komponenten der Software realisiert sind. Bei einer Umsetzung mittels Software ergeben sich jedoch die gleichen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Signalen und Zuständen, so dass jede Schalungskomponente der Figur 1 und deren Verbindung mit einer anderen Komponente umgesetzt sein kann, die mit weiteren entsprechenden Softwarekomponenten interagiert.
In einer alternativen Ausführungsform wird beim Auftreten eines Fehlersignals nicht die Ansteuerung des Motors geschaltet, sondern eine Energiequelle, insbesondere ein Akkumulator, wird von der Ansteuerung 70 bzw. von dem Elektroantrieb 80 getrennt.
Next Patent: METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING THE SPEED OF AN ELECTRIC BICYCLE TRANSMISSION