Titel:

Verfahren und Vorrichtung zum Einlernen einer automatisch arbeitenden Gangschaltung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einlernen einer automatisch arbeitenden Gangschaltung eines Zweirads sowie ein

entsprechendes Zweirad.

Stand der Technik

Allgemein erfordert der Antrieb eines Fahrzeugs eine Übertragung der

Antriebskraft auf ein Abtriebsmittel, um den Vortrieb des Fahrzeugs zu bewerkstelligen. Um eine Variation des Antriebs zu erhalten, ist neben einer

Anpassung der Antriebskraft auch eine Veränderung des

Übertragungsverhältnisses möglich, beispielsweise mittels einer Gangschaltung oder allgemein einem Getriebe. Während automatische Gangschaltungen bei Kraftfahrzeugen schon seit längerem bekannt sind, werden diese bei Fahrrädern erst seit der Einführung der Elektrofahrräder für den breiten Massenmarkt interessanter. Neben der erforderlichen Steuertechnik ist auch die Elektrifizierung bei derartigen Ebikes und Pedelecs einfacher zu realisieren. Da jedoch die Detektion des aktuell eingestellten Ganges weiterhin einen zusätzlichen und ggf. aufwändigen Sensor erfordert, sind automatischen Gangschaltungen für Elektrofahrräder und auch für nicht angetriebene Fahrräder bisher noch ein Nischenprodukt.

Aus der Schrift DE 10 2014 212758 AI ist ein System zur Identifikation des Fahrers eines Fahrzeugs mittels der Erfassung von Betriebsgrößen des Fahrzeugs bekannt. Hierzu werden Benutzerprofile hinterlegt, die mit den erfassten Betriebsgrößen bzw. mit dem Fahrverhalten verglichen werden. Diese Identifikation kann dazu genutzt werden, Einstellungen am Fahrzeug individuell auf den Fahrer anzupassen, z.B. die Voreinstellungen für die Schaltgruppe.

Eine weitere Einstellung der Gangschaltung in Abhängigkeit von Benutzerprofilen für eine Anfahrsituation ist aus der DE 10 2015 208248 AI bekannt. Neben der Auswahl des Benutzerprofils mittels eines Bedienelements kann auch die Erkennung der Umfeldbedingungen bzw. Betriebsgrößen zur Einstellung der Gangschaltung verwendet werden.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einlernen einer automatischen

Gangschaltung eines Zweirads bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein Zweirad mit einer derartigen Vorrichtung ändert ein vorliegendes Kennfeld zur Steuerung der Gangschaltung aufgrund der individuellen Benutzungsinformationen ab. Optional kann mit dem vorliegenden Verfahren auch ein Kennfeld zur Steuerung der Gangschaltung erstellt werden, indem die Benutzerinformationen bei Schaltvorgängen registriert und für weitere automatische Schaltvorgänge genutzt werden.

Zur Durchführung eines automatischen Schaltvorgangs werden zunächst Betriebsgrößen des Zweirads mit einer Gangschaltung erhoben, z.B. eines Fahrrads. Eine mögliche (Sensor-)Größe zur Ableitung eines gewünschten oder für die Effizienz sinnvollen Gangwechsels kann dabei die Erfassung einer Drehzahlgröße sein, die die Drehzahl, die Trittfrequenz bzw. die Kadenz der Tretkurbel des Zweirads repräsentiert. Weiterhin kann eine Drehmomentgröße erfasst werden, die das vom Fahrer auf die Tretkurbel aufgebrachte (Tret- ) Drehmoment repräsentiert. Weiterhin ist notwendig, dass die Steuerung der Gangschaltung Informationen über den aktuell eingelegten Gang erfasst.

Ausgehend von diesen oder entsprechend anderen geeigneten Sensorgrößen, die die Fahrdynamik und somit die Wechselbereitschaft der Gangschaltung charakterisieren, wird ohne Eingriff des Fahrers ein Schaltvorgang der

Automatikschaltung initiiert. Typischerweise erfolgt dabei die konkrete Steuerung der Schaltung mit Hilfe eines Kennfelds oder einer Datenbank, in dem bzw. der eine Zuweisung der erfassten Sensorgrößen zu den effizienten Gängen hinterlegt ist. Dabei kann neben der Effizienz auch eine Rolle spielen, welches Tretverhalten der Fahrer des Zweirads aufweist. So ist durchaus bekannt, dass sportlichere Fahrradfahrer tendenziell eher mit höheren Kadenzen und ältere Fahrradfahrer tendenziell eher mit niedrigeren Kadenzen fahren. Entsprechend kann die Zuweisung zu den eingelegten Gängen je nach Nutzung des Zweirads bzw. der Gangschaltung am Fahrrad unterschiedlich sein.

Zur Anpassung einer bereits in der automatischen Gangschaltung vorliegenden Zuweisung in Form eines Kennfelds oder einer Datenbank wird das Vorliegen einer ersten manuellen Schaltanforderung durch den Fahrer erfasst. Diese erste manuelle Schaltanforderung führt dazu, dass die Gangschaltung ausgehend von dem bereits eingelegten Gang in einen ersten Zielschaltgang geschalten wird. Wird keine weitere Schaltanforderung erfasst, weist der neue erste

Zielschaltgang somit einen Gang auf, der für den Fahrer als angenehm empfunden wird, weshalb die Zuweisung in dem Kennfeld bzw. der Datenbank entsprechend angepasst wird. Diese neue Zuweisung der erfassten

Sensorgrößen zu dem neuen ersten Zielschaltgang kann dann für weitere Schaltvorgänge im Rahmen der automatischen Schaltung zur Verfügung stehen.

Wird jedoch innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer eine zweite manuelle Schaltanforderung durch den Fahrer erfasst, ist zu prüfen, ob trotzdem eine Änderung der Zuweisung im Kennfeld oder in der Datenbank vorgenommen werden soll. Hierbei ist zu unterscheiden, ob die zweite Schaltanforderung dazu führt, dass in den zuvor eingelegten Gang zurück geschalten wird, oder ob in einen neuen, zweiten Zielschaltgang geschalten wird.

Führt die zweite manuelle Schaltanforderung dazu, dass erneut in den zuvor eingelegten Gang geschalten wird, so deutet dieser Vorgang darauf, dass der Fahrer mit dem neuen ersten Zielgang nicht zufrieden ist bzw. dieser erste

Zielgang nicht als effizient angesehen werden kann. Aus diesem Grund ist bei Vorliegen einer derartigen zweiten Schaltanforderung keine Änderung des

Kennfelds bzw. der Datenbank vorgesehen.

Führt die zweite manuelle Schaltanforderung jedoch zu einer Schaltung der

Gangschaltung in einen zweiten Zielschaltgang, der sich vom zuvor eingelegten Gang unterscheidet, so deutet das darauf hin, dass der Fahrer den zunächst ausgewählten ersten Zielschaltgang ebenfalls nicht als effizient oder angenehm empfindet. Um jedoch zu überprüfen, ob dieser zweite Zielschaltgang für die

Änderung des Kennfelds bzw. der Datenbank verwendet werden soll, wird erneut eine vorbestimmte Zeitdauer das Vorliegen einer weiteren Schaltanforderung abgewartet. Erst wenn keine weitere Schaltanforderung vorliegt, wird die

Änderung mit dem zuletzt eingestellten Schaltgang vorgenommen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von

Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Steuereinheit. In der Figur 2 wird anhand eines Flussdiagramms das

erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Eine graphische Darstellung eines Kennfelds basierend auf der Trittfrequenz, dem Tretdrehmoment des Fahrers und des eingelegten Gangs ist in Figur 3 dargestellt.

Ausführungsbeispiel

Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung beschrieben, die die Verwendung einer automatischen

Gangschaltung an einem Zweirad, z.B. einem Fahrrad bzw. ein elektrisch antreibbares Fahrrad, auf die Benutzer individuell anpasst. Alternativ kann mit dem vorgestellten Verfahren bzw. der Vorrichtung jedoch auch ein eigenes benutzerindividuelles Profil erstellt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung 100 vorgesehen, wie sie in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Diese Vorrichtung 100, z.B. ein Steuergerät, erfasst die Drehzahl des Fahrers in Form einer Drehzahlgröße N. Typischerweise werden derartige Drehzahlgrößen durch einen Drehzahlsensor 120 an den Kurbeln eines Fahrrads erfasst. Weiterhin wird ein Fahrerdrehmoment in Form einer Drehmomentgröße M erfasst. Hierzu werden typischerweise

Drehmomentsensoren 130 eingesetzt, die in der Tretachse oder an den Pedalen der Tretkurbel angebracht sind. Schlussendlich wird durch einen geeigneten Sensor 140 erfasst, in welchem Gang n sich die automatische Gangschaltung aktuell befindet. Alternativ kann zum Sensor 140 auch eine interne Auswertung der automatischen Gangschaltung herangezogen werden, in der der aktuell eingelegte Gang n vermerkt ist.

Ausgehend von den erfassten Sensorgrößen N, M und n und abgespeicherten Werten für die Zuweisung dieser Sensorgrößen zu einem bevorzugten Gang in einem Kennfeld bzw. einer Datenbank im Speicher 140 wird die automatische Gangschaltung 150 gesteuert. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch entsprechend andere Sensorgrößen erfasst werden können, die Grundlage für die Ableitung eines Schaltverhaltens der automatischen Gangschaltung sein können.

Optional kann vorgesehen sein, dass die erfassten Sensorgrößen auch zur Steuerung des Motors 160 verwendet werden können, z.B. zur Berücksichtigung der Ansteuerung eines Getriebes im Motor, welches die Funktion einer automatischen Gangschaltung übernehmen kann. Darüber hinaus ist auch die Anzeige einer Schaltempfehlung, eines bevorstehenden oder eines durchgeführten Schaltvorgangs auf einem Anzeige oder Bedienelement 170 vorgesehen.

Anhand des Flussdiagramms der Figur 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Zunächst werden in Schritt 200 die Drehzahl N, das (Fahrer-) Drehmoment M sowie der aktuell eingelegte Gang n erfasst bzw. ermittelt. Anschließend wird eine Schaltung der automatischen

Gangschaltung basierend auf der erfassten (Sensor-)Größen N, M und n und einem Kennfeld bzw. einer Datenbank durchgeführt. Wie bereits ausgeführt, können in den Schritten 200 und 210 auch andere Betriebsgrößen verwendet werden, die den Schaltvorgang initiieren können. Im nächsten Schritt 220 wird eine erste manuelle Schaltanforderung durch den Fahrer erfasst, die die automatische Schaltung übersteuert bzw. überbrückt. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass das erfindungsgemäße Verfahren erst dann weitergeführt wird, bis eine erste manuelle Schaltanforderung erfasst wird, während gleichzeitig das Verfahren zur Steuerung der automatischen Gangschaltung unabhängig weiterläuft, oder in einem nächsten Schritt 230 das Vorliegenden dieser ersten manuellen Schaltanforderung überprüft wird.

Solange keine erste manuelle Schaltanforderung vorliegt, wird die automatische Gangschaltung mit einer erneuten Erfassung der hierzu relevanten Größen, z.B. N,M und n mit Schritt 200 begonnen.

Erkennt das Verfahren jedoch im Schritt 230, dass eine erste manuelle

Schaltanforderung vorliegt, wird die Gangschaltung zur Umsetzung dieser

Schaltanforderung im Schritt 240 in einen ersten Zielschaltgang angesteuert.

Anschließend wird erneut erfasst, ob der Fahrer eine weitere, zweite manuelle

Schaltanforderung gibt. Diese erfasste zweite manuelle Schaltanforderung wird ebenfalls in Schritt 250 in Form einer Schaltung der Gangschaltung in einen zweiten Zielschaltgang zeitnah umgesetzt. Bei dieser Erfassung in Schritt 250 wird eine vorbestimmte Zeitdauer abgewartet, z.B. 2 oder 4 s, bevor zum nächsten Schritt 260 übergangen wird. In diesem Schritt 260 wird geprüft, ob der zuletzt eingestellte erste bzw. zweite Zielschaltgang eine entsprechende Zuweisung zu den erfassten (Sensor- )Größen N und M entsprechend des abgelegten Kennfelds bzw. der Datenbank aufweist. Ist das der Fall, wird die automatische Gangschaltung mit dem Schritt 200 erneut durchgeführt. Liegt keine entsprechende Zuweisung im Schritt 260 vor, wird im Schritt 280 überprüft, ob der neue Gang, der durch die zweite manuelle

Schaltanforderung eingelegt wird, dem durch die automatische Schaltung in Schritt 210 eingelegten Gang entspricht. Ist dies der Fall, deutet das Zurückschalten durch den Fahrer darauf hin, dass der ursprüngliche, automatisch eingelegte Gang für den Fahrer angenehmer bzw. effizienter ist. In diesem Fall wird keine Änderung des Kennfelds vorgenommen und das Verfahren mit Schritt 200 erneut durchlaufen. Wird jedoch keine zweite manuelle Schaltanforderung im Schritt 250 erfasst, kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer auch zukünftig bei den erfassten Sensorgrößen für N und M in den neuen ersten Zielschaltgang schalten will. Daher wird im

nachfolgenden Schritt 290 das Kennfeld bzw. die Datenbank entsprechend

abgeändert, so dass die automatische Steuerung der Gangschaltung zukünftig auf die geänderten Zuweisungen zugreifen kann. Anschließend kann das Verfahren beendet werden oder erneut mit dem Schritt 200 beginnend durchlaufen werden.

In einer optionalen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass z.B. nach dem Schritt 260 überprüft wird, ob der durch die zweite Schaltanforderung eingelegte zweite Zielschaltgang im Schritt 250 dem durch die automatische Schaltung eingelegten Gang in Schritt 210 entspricht. Ist das der Fall, wird weiter mit Schritt 280 verfahren.

Ansonsten wird erkannt, dass der Fahrer nicht nur den ursprünglich durch die automatische Gangschaltung eingestellten Gang sondern auch den zunächst ausgewählten ersten Zielschaltgang als nicht angenehm bzw. nicht effizient empfindet. Daher wird bei Erkennung eines weiteren eingelegten Gangs das Verfahren erneut mit dem Schritt 250 durchlaufen, um zu überprüfen, ob dieser neu gewählte zweite Zielschaltgang beibehalten wird. Die für die Erfassung im Schritt 250 vorgesehene vorbestimmte Zeitdauer startet dabei von vorne.

Anhand der schematischen Darstellung eines möglichen Kennfelds zur Steuerung der automatischen Gangschaltung gemäß der Figur 3 kann das Verhalten eines

Schaltvorgangs exemplarisch gezeigt werden. In dem dreidimensionalen Darstellung aus Drehzahl N, Drehmoment M und Gang n existieren für jeden Gang zwei Bereiche I und II. Während der Bereich I ein Verhältnis von Drehzahl N und Drehmoment II darstellt, welche für das System bzw. die (automatische) Gangschaltung als effizient und/oder für den Fahrer als angenehm angesehen wird, stellt der Bereich II

Verhältnisse dar, in denen ein Schaltvorgang eingeleitet werden kann bzw. sollte. Würde demnach das System bzw. die automatische Gangschaltung ein Verhältnis von N zu M entsprechend dem Punkt A erkennen, würde kein Schaltvorgang eingeleitet. Bei einem Verhältnis dieser (Sensor-)Größen im Punkt B könnte das System bzw. die (automatische) Gangschaltung jedoch eine Schaltempfehlung in einen neuen Gang (N=2) vorschlagen oder selbsttätig durchführen. Durch die Schaltung in einen anderen Gang ändern sich die Drehzahl/Trittfrequenz/Kadenz N sowie das (Tret-) Drehmoment M des Fahrers entsprechend dem Punkt C, so dass das neue Verhältnis im geänderten Gang wieder im Bereich I liegt. Durch die Erkennung des Systems bzw. der

(automatische) Gangschaltung, dass ursprünglich nicht vorgesehene Verhältnisse oder Bereiche im Kennfeld zu einer manuellen Schaltung durch den Fahrer führen, kann das System selbstlernend das Kennfeld an das individuelle Benutzerverhalten angepasst werden, welches für weitere Schaltvorgänge zur Verfügung steht.

Generell kann das vorstehende Verfahren auch dazu genutzt werden, die

Schaltbereiche durch den Fahrer zu erfassen und das Kennfeld mittels einer geeigneten Anzahl von Schaltvorgängen selbst zu erstellen. In diesem Fall kann ein leicht geändertes Verfahren gemäß der Figur 2 angewandt werden, indem zunächst kein Schaltvorgang aufgrund eines Kennfelds vorgenommen wird. Stattdessen wird überprüft, ob ein gewählter Gang lange genug benutzt wird, um einen ersten Bereich in einem Kennfeld zu generieren. Anschließend kann mit Hilfe des Verfahrens nach Figur 2 das Kennfeld bzw. eine derartige Datenbasis erzeugt oder erweitert werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass aufgrund von individuellen Betriebsinformationen erkannt wird, dass unterschiedliche Fahrer das Zweirad benutzen. Hierzu kann für jeden Benutzer ein individuelles Kennfeld angelegt und verwendet werden. Auf entsprechende Verfahren zur Erkennung unterschiedlicher Fahrer wurde eingangs verwiesen.