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DE102011083980A1 - Drive system for bicycle, has auxiliary motor, drive wheel which is driven by auxiliary motor, pedal, and unit for detecting actual torque at pedal and actual velocity of bicycle - Google Patents

Drive system for bicycle, has auxiliary motor, drive wheel which is driven by auxiliary motor, pedal, and unit for detecting actual torque at pedal and actual velocity of bicycle Download PDF

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DE102011083980A1
DE102011083980A1 DE201110083980 DE102011083980A DE102011083980A1 DE 102011083980 A1 DE102011083980 A1 DE 102011083980A1 DE 201110083980 DE201110083980 DE 201110083980 DE 102011083980 A DE102011083980 A DE 102011083980A DE 102011083980 A1 DE102011083980 A1 DE 102011083980A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bicycle
speed
target
drive wheel
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201110083980
Other languages
German (de)
Inventor
Manuel Hirmer
Thomas Mehlis
Raphael Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE201110083980 priority Critical patent/DE102011083980A1/en
Publication of DE102011083980A1 publication Critical patent/DE102011083980A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45Control or actuating devices therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/60Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The drive system has an auxiliary motor (5), a drive wheel (2) which is driven by the auxiliary motor, a pedal (8), and a unit (9) for detecting an actual torque (M-P) at the pedal and an actual velocity of a bicycle (1). A controlling- or regulating unit (7) is connected with the pedal and the auxiliary motor such that a desired velocity, target of the bicycle and a desired angular acceleration of the drive wheel are controlled and regulated as a function of the detected actual torque at the pedal and the detected actual velocity of the bicycle. An independent claim is included for a method for operating a bicycle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrrad. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Antriebssystem für ein Fahrrad mit mindestens einem Hilfsmotor, mindestens einem Antriebsrad, das durch den mindestens einen Hilfsmotor antreibbar ist, und einer Pedalerie. Mittel zum Erfassen eines Ist-Drehmoments an der Pedalerie und einer Ist-Geschwindigkeit des Fahrrads sind ebenfalls vorgesehen.The present invention relates to a drive system for a bicycle. More particularly, the present invention relates to a drive system for a bicycle having at least one auxiliary motor, at least one drive wheel drivable by the at least one auxiliary motor, and a pedal. Means for detecting an actual torque on the pedal and an actual speed of the bicycle are also provided.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrrad mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem.The present invention also relates to a bicycle with the drive system according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads mit mindestens einem Hilfsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads mit mindestens einem Hilfsmotor, wobei eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrrads vorgegeben sowie eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrrads und ein Ist-Drehmoments an einer Pedalerie ermittelt werden.The present invention further relates to a method of operating a bicycle having at least one auxiliary motor. More particularly, the present invention relates to a method of operating a bicycle having at least one auxiliary motor, wherein a desired speed of the bicycle is predetermined and an actual speed of the bicycle and an actual torque are determined on a pedal.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Elektrisch unterstützte Fahrräder mit jeweils mindestens einem Hilfsmotor, beispielsweise einem Elektromotor, und Pedalerie ((Tret-)Kurbeln) sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als sogenannte Pedelecs, eBikes oder Elektrofahrräder. Üblicherweise wird der elektromotorische Antrieb eines Elektrofahrrads nur zeitweise zugeschaltet, wenn gleichzeitig der Pedalantrieb betätigt wird. Zusätzlich kann ggf. elektrische Energie auch durch eine rekuperative Bremse gewonnen werden, indem die mechanische Energie der Bremse in elektrische Energie umwandelt wird, die ebenfalls dem mindestens einen Hilfsmotor zumindest teilweise zur Verfügung stellbar ist.Electrically assisted bicycles, each with at least one auxiliary motor, such as an electric motor, and pedals ((pedal) cranks) are known from the prior art, for example as so-called pedelecs, eBikes or electric bicycles. Usually, the electromotive drive of an electric bicycle is only temporarily switched on when the pedal drive is actuated at the same time. In addition, if necessary, electrical energy can also be obtained by a recuperative brake in that the mechanical energy of the brake is converted into electrical energy, which is likewise at least partially available to the at least one auxiliary motor.

Damit das Fahrrad eine vorgegebene Geschwindigkeit erreicht und einhält, sind im Wesentlichen zwei Prinzipien bekannt, wie nachfolgend kurz beschrieben wird.For the bicycle to reach and maintain a given speed, essentially two principles are known, as will be briefly described below.

Bei dem ersten Prinzip wird in älteren Fahrrad-Modellen eine feste Geschwindigkeit eingestellt, zum Beispiel in zwei Stufen, die der Hilfsmotor dann einhält. Nachteilig dabei ist, dass zwar äußere Umstände bzw. Störungen, wie beispielweise Wind (Seiten-, Rücken- oder Gegenwind) und Steigung, ausgeregelt werden, die Dynamik des Fahrrads aber nicht mehr mit dem Drehmoment (auch Trittmoment oder Tret-Drehmoment genannt) des Fahrers an der Pedalerie zusammen hängt.In the first principle, a fixed speed is set in older bicycle models, for example in two stages, which then complies with the auxiliary engine. The disadvantage here is that although external circumstances or disturbances, such as wind (side, back or headwind) and incline, are regulated, the dynamics of the bike but not with the torque (also called torque or treadle torque) of the Driver's hanging on the pedals together.

Bei dem zweiten Prinzip werden in aktuellen Fahrrad-Modellen die Tretkraft bzw. das daraus resultierende Tret-Drehmoment und/oder die Drehzahl (Trittfrequenz) des Fahrers an der Pedalerie gemessen. Der Hilfsmotor unterstützt dann mit einem dazu proportionalen Drehmoment (Motormoment). Je nach gemessenem Drehmoment an der Pedalerie erhält der Fahrer zum Beispiel eine einstellbare Unterstützung durch den Hilfsmotor in Höhe von 50%, 100% oder 150% des selbst eingesetzten Drehmoments an der Pedalerie. Das Drehmoment des mindestens einen Hilfsmotors wird also entsprechend proportional zum Drehmoment an der Pedalerie eingestellt. Solch eine Vorgehensweise wird beispielsweise bei den internationalen Patentanmeldungen WO 2010/105607 A2 und WO 2010/105610 A1 mit Hilfe einer entsprechenden Sensorik und Steuer-Regelung angewendet. Bei dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2004 014189 U1 wird eine Soll-Drehzahl des Hilfsmotors vorgegeben, der entsprechend gesteuert und geregelt wird. Nachteilig bei dem Prinzip der Einstellung des Hilfsmotors auf Basis der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Pedalerie ist, dass der Fahrer bei positiver Steigung der Fahrtstrecke (Bergauffahrt) oder Gegenwind – also bei vergleichsweise hohem aufzubringenden Drehmoment und niedriger Drehzahl der Pedalerie – keine stärkere Unterstützung durch den Hilfsmotor erhält. Bei Rückenwind – also bei vergleichsweise niedrigem aufzubringenden Drehmoment und hoher Drehzahl der Pedalerie, wenn evtl. keine Unterstützung durch einen Hilfsmotor notwendig wäre, wird trotzdem Energie aus dem Energiespeicher, beispielsweise einem Akkumulator, für den Hilfsmotor entnommen. Bei abschüssigen Strecken – also wieder bei vergleichsweise niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl der Pedalerie – kann in diesen Modellen die mechanische Energie nicht variabel rekuperiert werden. Es gibt lediglich Systeme, bei denen feste Rückspeisungs-Momente eingestellt werden können, unabhängig von den Gegebenheiten der Fahrstrecke.In the second principle, the treadle force or the resulting treadle torque and / or the speed (cadence frequency) of the driver on the pedal are measured in current bicycle models. The auxiliary engine then supports with a proportional torque (engine torque). Depending on the measured torque at the pedals, for example, the driver receives adjustable assistance from the auxiliary engine in the amount of 50%, 100% or 150% of the torque applied to the pedal. The torque of the at least one auxiliary motor is thus adjusted in proportion to the torque at the pedal. Such an approach is used, for example, in international patent applications WO 2010/105607 A2 and WO 2010/105610 A1 applied with the help of an appropriate sensor and control system. In the German utility model DE 20 2004 014189 U1 a desired speed of the auxiliary motor is set, which is controlled and regulated accordingly. A disadvantage of the principle of adjustment of the auxiliary motor based on the speed and / or the torque of the pedals is that the driver with positive slope of the route (uphill) or headwind - so at relatively high applied torque and low speed of the pedals - no stronger support obtained by the auxiliary engine. In tailwind - ie at comparatively low applied torque and high speed of the pedals, if possibly no support would be required by an auxiliary engine, energy is still taken from the energy storage, such as an accumulator for the auxiliary engine. On downhill stretches - again with comparatively low torque and high speed of the pedals - the mechanical energy can not be variably recuperated in these models. There are only systems in which fixed feedback moments can be set, regardless of the circumstances of the route.

DE 197 32 468 A1 offenbart ein ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug mit einer elektromechanischen Kraftübertragung aus einem durch Muskelkraft angetriebenen Generator und zumindest einem Elektromotor zum Antrieb eines Rads. Eine Einrichtung zum Einstellen der Antriebskraft ist vorgesehen. Zusätzlich ist eine mit dem Generator und den Elektromotoren verbundene aufladbare Batterie vorgesehen. In dem Generator sind Sensoren zur Leistungsmessung vorgesehen. Die Einrichtung zum Einstellen der Antriebskraft ist Teil einer Steuerschaltung, die aufgrund der Sensorsignale und vorgebbarer Systemparameter die Motoren unter Zuschalten der Batterie so steuert, dass Systemverluste des Fahrzeuges kompensiert werden. DE 197 32 468 A1 discloses a single or multi-track muscle-electric hybrid vehicle with electromechanical power transmission from a muscle powered generator and at least one electric motor for driving a wheel. A means for adjusting the driving force is provided. In addition, a rechargeable battery connected to the generator and the electric motors is provided. In the generator sensors for power measurement are provided. The device for setting the Driving force is part of a control circuit, which controls the motors by connecting the battery so that system losses of the vehicle are compensated due to the sensor signals and predefinable system parameters.

Die internationale Patentanmeldung WO 2011/018255 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem für ein Fahrzeug mit kombiniertem Elektro- und Muskelkraftantrieb. Ein Steuergerät ermittelt eine Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einem Ladezustand eines Energiespeichers und von einem zum Befahren einer geplanten Fahrstrecke ermittelten Gesamtenergiebedarf.The international patent application WO 2011/018255 A1 discloses an energy management system for a combined electric and muscular powered vehicle. A control unit determines a power requirement as a function of a state of charge of an energy store and of a total energy demand determined for driving on a planned route.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Antriebssystem für ein Fahrrad mit mindestens einem Hilfsmotor und mindestens einem dadurch antreibbaren Antriebsrad zu schaffen, wobei das Antriebssystem benutzerfreundlich, energieeffizient und ergonomisch unabhängig von äußeren Störungen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Beschleunigung betreibbar ist, wobei ein starker Schlupf des mindestens einen Antriebsrads verhindert oder zumindest stark reduziert und zudem die Herstellung einfach und kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem nach Anspruch 1 gelöst.The object of the invention is to provide a drive system for a bicycle with at least one auxiliary motor and at least one drive wheel driven thereby, wherein the drive system is user friendly, energy efficient and ergonomically independent of external disturbances with a predetermined speed and acceleration is operable, with a strong slip of at least prevents a drive wheel or at least greatly reduced and also the production is simple and inexpensive. This object is achieved by a drive system according to claim 1.

Aufgabe der Erfindung ist auch, ein Fahrrad mit mindestens einem Hilfsmotor und mindestens einem dadurch antreibbaren Antriebsrad zu schaffen, wobei das Fahrrad benutzerfreundlich, energieeffizient und ergonomisch unabhängig von äußeren Störungen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Beschleunigung betreibbar ist, wobei ein starker Schlupf des mindestens einen Antriebsrads verhindert oder zumindest stark reduziert und zudem die Herstellung einfach und kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird durch ein Fahrrad nach Anspruch 2 gelöst.The object of the invention is also to provide a bicycle with at least one auxiliary motor and at least one drive wheel driven thereby, the bicycle is user friendly, energy efficient and ergonomically independent of external disturbances with a predetermined speed and acceleration is operable, with a strong slip of the at least one drive wheel prevented or at least greatly reduced and also the production is simple and inexpensive. This object is achieved by a bicycle according to claim 2.

Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads mit mindestens einem Hilfsmotor und mindestens einem dadurch antreibbaren Antriebsrad zu schaffen, wobei das Fahrradfahren benutzerfreundlich, energieeffizient und ergonomisch unabhängig von äußeren Störungen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Beschleunigung ist, wobei ein starker Schlupf des mindestens einen Antriebsrads verhindert oder zumindest stark reduziert wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.The object of the invention is also to provide a method for operating a bicycle with at least one auxiliary motor and at least one drive wheel driven thereby, wherein the cycling is user friendly, energy efficient and ergonomically independent of external disturbances with a predetermined speed and acceleration, with a strong slip of the prevents at least one drive wheel or at least greatly reduced. This object is achieved by a method according to claim 3.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Fahrrad umfasst mindestens einen Hilfsmotor, mindestens ein Antriebsrad, das durch den mindestens einen Hilfsmotor antreibbar ist, eine Pedalerie und mindestens ein Mittel zum Erfassen eines Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie und einer Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads. Die Mittel können beispielsweise entsprechend geeignete Sensoren aus dem Stand der Technik sein und sind einem zuständigen Fachmann hinlänglich bekannt. Erfindungsgemäß ist zudem eine Steuer-/Regeleinheit vorgesehen, die mit der Pedalerie und dem mindestens einen Hilfsmotor derart verbunden ist, dass eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads und eine Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads jeweils als eine Funktion des erfassten Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie und der erfassten Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads steuerbar und regelbar sind:
Soll-Geschwindigkeit des Fahrrads VF,Soll = Funktion(Trittmoment MP, Ist-Geschwindigkeit vF,Ist)
Soll-Winkelbeschleunigung αSoll = Funktion(Trittmoment MP, Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads)
The drive system for a bicycle according to the invention comprises at least one auxiliary motor, at least one drive wheel which can be driven by the at least one auxiliary motor, a pedal and at least one means for detecting an actual torque M P at the pedal and an actual speed v F, Ist of the bicycle. By way of example, the means may be correspondingly suitable sensors from the prior art and are well known to a person skilled in the art. According to the invention a control / regulating unit is also provided, which is connected to the pedals and the at least one auxiliary motor such that a target speed v F, desired of the bicycle and a target angular acceleration α target of at least one drive wheel each as a function of detected actual torque M P at the pedal and the detected actual speed v F, Is the bicycle controllable and controllable are:
Desired speed of the bicycle V F, setpoint = function (moment of kicking moment M P , actual speed v F, actual )
Target angular acceleration α target = function (moment of impact M P , actual speed v F, is the bicycle)

Bei dem Regler bzw. der erfindungsgemäßen Steuer-/Regeleinheit wird also nicht das Drehmoment des Hilfsmotors geregelt, wie beim oben beschriebenen zweiten Prinzip aus dem Stand der Technik, sondern die Geschwindigkeit des Fahrrads und die Winkelbeschleunigung des mindestens durch den Hilfsmotor angetriebenen Antriebsrads. Für den Fahrer ergibt sich somit ein dauerhaft angenehmes Fahrgefühl, da sein Tretverhalten dem tatsächlichen Fahren, also der Geschwindigkeit des Fahrrads, angepasst und eine konstante Geschwindigkeit erreicht wird. Das Fahren ist somit benutzerfreundlich, ergonomisch und unabhängig von äußeren Störungen.In the controller or the control unit according to the invention, therefore, not the torque of the auxiliary motor is controlled, as in the above-described second principle of the prior art, but the speed of the bicycle and the angular acceleration of at least driven by the auxiliary motor drive wheel. For the driver, this results in a long-lasting pleasant driving experience, as his pedaling behavior is adapted to the actual driving, ie the speed of the bicycle, and a constant speed is achieved. Driving is thus user-friendly, ergonomic and independent of external disturbances.

Die Beschleunigung aF des Fahrrads hängt bekanntlich von der Masse mF des Fahrrads und von der Gesamtkraft FGes ab, die auf das Fahrrad ausgeübt wird. Die Gesamtkraft FGes setzt sich im Wesentlichen zusammen aus den folgenden Kräften:

  • • Motorkraft
    Figure 00050001
    mit MM = Drehmoment des mindestens einen Hilfsmotors,
  • • Trittkraft
    Figure 00050002
    mit MP = Drehmoment der Pedalerie, rRad = Radius des mindestens einen Antriebsrads, ü = Übersetzungsverhältnis,
  • • Hangabtriebskraft FG·sin(φ), wobei φ der Winkel bezüglich der Steigung der Fahrtstrecke ist,
  • • Reibungskraft FReibung und
  • • Luftwiderstand FLuftwiderstand.
The acceleration a F of the bicycle is known to depend on the mass m F of the bicycle and on the total force F Ges exerted on the bicycle. The total force F Ges consists essentially of the following forces:
  • • engine power
    Figure 00050001
    with M M = torque of the at least one auxiliary motor,
  • • pedaling force
    Figure 00050002
    with M P = torque of the pedal, r Rad = radius of the at least one drive wheel, ü = transmission ratio,
  • Downgrade force F G · sin (φ), where φ is the angle with respect to the slope of the route,
  • • friction force F friction and
  • • Air resistance F Air resistance .

Die Gesamtkraft FGes ergibt sich somit zu:

Figure 00060001
The total force F Ges thus results in:
Figure 00060001

Die Motorkraft und die Trittkraft sind antreibende Kräfte (Antriebskräfte) und die Hangabtriebskraft, die Reibungskraft und der Luftwiderstand sind bremsende Kräfte (Bremskräfte). Ziel ist nun, die aufgrund der oben beschriebenen äußeren Störungen wechselhaft auftretenden Bremskräfte zu kompensieren und stattdessen die Gesamtkraft FGes fest vorzugeben. Die Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads kann dann aus der Gesamtkraft FGes wie folgt berechnet werden:
vF,Soll = ∫aF·dt + VF,o = ∫FGes/mF·dt + vF,o, wobei vF,o der Anfangswert der Geschwindigkeit des Fahrrads ist.
The engine power and the pedaling force are driving forces and the downhill driving force, the friction force and the air resistance are braking forces. The aim now is to compensate for the braking forces which occur due to the external disturbances described above, and instead to specify the total force F Ges firmly. The target speed v F, target of the bicycle can then be calculated from the total force F Ges as follows:
v F, Soll = ∫a F · dt + V F, o = ∫ F Ges / m F · dt + v F, o , where v F, o is the initial value of the speed of the bicycle.

Das erfindungsgemäße Fahrrad umfasst ein erfindungsgemäßes Antriebssystem wie oben beschrieben. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass das Fahrrad statt mit einem einzigen Hilfsmotor auch mit mehreren Hilfsmotoren ausgestattet sein kann, beispielsweise je Rad mit einem Hilfsmotor. Die Ausführungen in der nachfolgenden Beschreibung für einen Hilfsmotor gelten daher sinngemäß immer auch für mehrere Hilfsmotoren.The bicycle according to the invention comprises a drive system according to the invention as described above. It will be apparent to one skilled in the art that instead of having a single auxiliary motor, the bicycle may be equipped with a plurality of auxiliary motors, for example one wheel each with an auxiliary motor. The remarks in the following description for an auxiliary motor therefore apply mutatis mutandis to several auxiliary motors.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads mit mindestens einem Hilfsmotor, mindestens einem Antriebsrad und einer Pedalerie sind die folgenden Schritte vorgesehen, wie nachfolgend beschrieben wird. Eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads wird vorgegeben. Zudem werden eine Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads und ein Ist-Drehmoment Mp an der Pedalerie ermittelt. Erfindungsgemäß werden eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads und eine Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads aus dem ermittelten Ist-Drehmoment MP an der Pedalerie und der ermittelten Ist-Geschwindigkeit VF,Ist des Fahrrads ermittelt. Der mindestens eine Hilfsmotors wird derart eingestellt, dass das mindestens eine Antriebsrad mit der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll solange betrieben wird, bis die ermittelte Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads zumindest annähernd entspricht.In the method according to the invention for operating a bicycle with at least one auxiliary motor, at least one drive wheel and a pedal, the following steps are provided, as described below. A target speed v F, target of the bicycle is specified. In addition, an actual speed v F, the bicycle and an actual torque M p are determined at the pedals. According to the invention, a desired speed v F, desired value of the bicycle and a desired angular acceleration α desired of the at least one drive wheel are determined from the determined actual torque M P at the pedal and the determined actual speed V F, Ist of the bicycle. The at least one auxiliary motor is set in such a way that the at least one drive wheel is operated with the desired angular acceleration α setpoint until the determined actual speed v F, Ist of the bicycle corresponds at least approximately to the setpoint speed v F, target of the bicycle.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Steuer- und Regelkreis dadurch gebildet, dass die Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads und die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll Führungsgrößen, eine Steuer-/Regeleinheit gemäß obiger Beschreibung den Regler, der für das mindestens eine Antriebsrad 2 zur Verfügung gestellte Strom i und die für das mindestens eine Antriebsrad 2 zur Verfügung gestellte Spannung u (woraus sich das Ist-Drehmoment MM,Ist des mindestens einen Hilfsmotors ergibt) die Stellgrößen, das Fahrrad die Regelstrecke und eine ermittelte Ist-Geschwindigkeit des Fahrrads vF,Ist und eine ermittelte Ist-Winkelbeschleunigung αIst Regelgrößen bilden. Dabei können die Windgeschwindigkeit vW,Ist in Fahrtrichtung des Fahrrads und/oder die Steigung m einer Fahrtstrecke und/oder die Reibungskraft FR der Fahrradreifen mit dem Boden als Störgrößen für den Steuer- und Regelkreis ermittelt und beim Ermitteln der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads und der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads berücksichtigt werden.According to one embodiment of the method, a control and regulating circuit is formed by the setpoint speed v F, target of the bicycle and the desired angular acceleration .alpha. Setpoint command values, a control unit as described above, the controller which is responsible for the at least one drive wheel 2 Provided current i and that for the at least one drive wheel 2 provided voltage u (from which the actual torque M M, Is the at least one auxiliary motor results), the manipulated variables, the bicycle the controlled system and a determined actual speed of the bicycle v F, Ist and a determined actual angular acceleration α Ist controlled variables form. In this case, the wind speed v W, Is determined in the direction of travel of the bicycle and / or the slope m of a route and / or the friction force FR of the bicycle tires with the ground as disturbances for the control and regulating circuit and when determining the target speed v F, Should the bicycle and the target angular acceleration α target of the at least one drive wheel are taken into account.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Tretkraft FP an der Pedalerie erfasst. Das Drehmoment MM des mindestens einen Hilfsmotors (Motormoment) wird dann derart geregelt, dass sich auf Basis der erfassten Tretkraft FP die ermittelte Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads und die ermittelte Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads einstellen. Das Motormoment hängt also nicht direkt vom Tretmoment ab, sondern vielmehr wird das Motormoment so geregelt, dass die Beschleunigung des Fahrrads mit der Trittkraft zusammenhängt. According to a further embodiment of the method, a treading force F P is detected at the pedal. The torque M M of the at least one auxiliary engine (engine torque) is then controlled in such a way that, based on the detected pedaling force F P, the determined target speed v F, desired value of the bicycle and the determined target angular acceleration α setpoint of the at least one drive wheel are set. The engine torque is therefore not directly dependent on the pedal torque, but rather the engine torque is controlled so that the acceleration of the bicycle is related to the pedaling force.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll mit Hilfe der Formel x1·MP – x2·νF,Ist – x3·VF,Ist 2 ermittelt, wobei x1, x2 und x3 Gewichtungsfaktoren sind. Der Gewichtungsfaktor x1 kann beispielsweise gleich 0,2, der Gewichtungsfaktor x2 beispielsweise gleich 0,1 und der Gewichtungsfaktor x3 beispielsweise gleich 0,2 gewählt werden.According to a further embodiment of the method, the desired angular acceleration α setpoint is determined with the aid of the formula x 1 * M P -x 2 * ν F, actual -x 3 * V F, actual 2 , where x 1 , x 2 and x 3 Weighting factors are. The weighting factor x 1 may be, for example, equal to 0.2, the weighting factor x 2, for example, equal to 0.1 and the weighting factor x 3, for example, equal to 0.2.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:In the following, the invention and its advantages will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrrads; 1 a schematic view of an embodiment of a bicycle according to the invention;

2 eine schematische Darstellung der Wirkzusammenhänge der Elemente eines Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of the interaction of the elements of a drive system according to the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines Steuer- und Regelkreises des erfindungsgemäßen Antriebssystems und Fahrrads; 3 a schematic representation of a control and regulating circuit of the drive system and bicycle according to the invention;

4 ein Diagramm über den Verlauf der Beschleunigung des erfindungsgemäßen Fahrrads in Abhängigkeit vom Drehmoment an der Pedalerie für verschiedene Geschwindigkeiten; 4 a diagram of the course of the acceleration of the bicycle according to the invention as a function of the torque at the pedals for different speeds;

5 ein Diagramm über den Verlauf des Trittmoments des erfindungsgemäßen Fahrrads bei einer Steigung über eine bestimmte Zeitspanne bei einem ersten Beispiel; 5 a diagram of the course of the torque of the bicycle according to the invention at a slope over a certain period of time in a first example;

6 ein Diagramm über den Verlauf der Geschwindigkeit und Beschleunigung des erfindungsgemäßen Fahrrads über die Zeitspanne nach 4; 6 a diagram of the course of the speed and acceleration of the bicycle according to the invention over the period after 4 ;

7 ein Diagramm über den Verlauf des Drehmoments des mindestens einen Hilfsmotors des erfindungsgemäßen Fahrrads über die Zeitspanne nach 4; 7 a diagram of the course of the torque of the at least one auxiliary motor of the bicycle according to the invention over the period after 4 ;

8 ein Diagramm über den Verlauf des Drehmoments des Fahrers, der Steigung und der Windgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad über die Zeitspanne bei einem zweiten Beispiel; 8th a diagram over the course of the driver's torque, the slope and the wind speed in the bicycle according to the invention over the period in a second example;

9 ein Diagramm über den Verlauf des Motormoments gemäß dem zweiten Beispiel nach 8; und 9 a diagram of the course of the engine torque according to the second example according to 8th ; and

10 ein Diagramm über den Verlauf der Geschwindigkeit vF gemäß dem zweiten Beispiel nach 8. 10 a diagram of the course of the speed v F according to the second example according to 8th ,

In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Fahrrad ausgestaltet sein kann und sind nicht als abschließende Begrenzung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.In the figures, identical reference numerals are used for the same or equivalent elements of the invention. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are only examples of how the bicycle according to the invention may be configured and are not to be understood as a final limitation. The proportions of the individual elements to one another in the figures do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for better illustration.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrrads 1 mit mindestens einem Hilfsmotor 5, und mindestens einem Antriebsrad 2, das durch den mindestens einen Hilfsmotor 5 antreibbar ist. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Hinterrad als Antriebsrad 2 mit einem Nabenmotor 5 als Hilfsmotor ausgestaltet. Ein Generator 6 ist derart mit einer Pedalerie 8 verbunden, dass durch die Pedalerie 8 erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist. Der Generator 6 ist mit dem Hilfsmotor 5 derart elektrisch verbunden, dass dieser mit der durch den Generator 6 umgewandelten elektrischen Energie betreibbar ist. 1 shows a schematic view of an embodiment of a bicycle according to the invention 1 with at least one auxiliary engine 5 , and at least one drive wheel 2 by the at least one auxiliary engine 5 is drivable. At the in 1 illustrated embodiment, the rear wheel is as a drive wheel 2 with a hub motor 5 designed as an auxiliary engine. A generator 6 is so with a pedals 8th connected by the pedals 8th generated mechanical energy is convertible into electrical energy. The generator 6 is with the auxiliary engine 5 electrically connected such that this with the by the generator 6 converted electrical energy is operable.

In der dargestellten Ausführungsform sind ein Mittel 9 zum Erfassen eines Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie 8 und ein Mittel 19 zum Erfassen einer Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1 vorgesehen.In the illustrated embodiment, one means 9 for detecting an actual torque M P at the pedal 8th and a means 19 for detecting an actual speed v F, Is the bicycle 1 intended.

Erfindungsgemäß ist eine Steuer-/Regeleinheit 7 mit der Pedalerie 8 und dem mindestens einen Hilfsmotor 5 derart verbunden ist, dass eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und eine Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 jeweils als eine Funktion des erfassten Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie 8 und der erfassten Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1 steuerbar und regelbar sind.According to the invention, a control unit 7 with the pedals 8th and the at least one auxiliary engine 5 is connected such that a target speed V F, target of the bicycle 1 and a target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 each as a function of the detected actual torque M P at the pedals 8th and the detected actual speed v F, Is the bicycle 1 are controllable and controllable.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkzusammenhänge der Elemente eines Antriebssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das mindestens eine Antriebsrad 2 ist sowohl durch den mindestens einen Hilfsmotor 5 als auch durch die Pedalerie 8 antreibbar (Linien a und b). 2 shows a schematic representation of the interaction of the elements of a drive system 10 according to the present invention. The at least one drive wheel 2 is by both the at least one auxiliary engine 5 as well as through the pedals 8th drivable (lines a and b).

Mindestens ein Mittel 9 erfasst das Ist-Drehmoment MP an der Pedalerie 8. Das Ist-Drehmoment MP wird an die Steuer-/Regeleinheit 7 übermittelt zur Bestimmung der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 (Linie c).At least one agent 9 detects the actual torque M P at the pedals 8th , The actual torque M P is sent to the control unit 7 transmitted to determine the target speed v F, setpoint of the bicycle 1 and the target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 (Line c).

Mindestens ein Mittel 19 erfasst die Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1, insbesondere des mindestens einen Antriebsrads 2 oder eines sonstiges Rads des Fahrrads 1. Die Ist-Geschwindigkeit vF,Ist wird ebenfalls an die Steuer-/Regeleinheit 7 übermittelt zur Bestimmung der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 (Linie d). Zur Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit vF,Ist misst das Mittel 19 dazu beispielsweise die Anzahl der Umdrehungen des mindestens einen Antriebsrads 2 oder eines sonstiges Rads des Fahrrads 1.At least one agent 19 detects the actual speed v F, Is the bike 1 , in particular of the at least one drive wheel 2 or another bike's bike 1 , The actual speed v F, Ist is also sent to the control unit 7 transmitted to determine the target speed v F, setpoint of the bicycle 1 and the target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 (Line d). To determine the actual speed v F, is the means measures 19 for example, the number of revolutions of the at least one drive wheel 2 or another bike's bike 1 ,

Das Drehmoment MM des mindestens einen Hilfsmotors 5 wird mit Hilfe der Steuer-/Regeleinheit 7 derart geregelt (Linie e), dass sich auf Basis der erfassten Tretkraft FP bzw. des ermittelten Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie 8 die ermittelte Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und die ermittelte Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 einstellen.The torque M M of the at least one auxiliary motor 5 is done with the help of the control unit 7 regulated (line e), that on the basis of the detected pedaling force F P and the determined actual torque M P to the pedal 8th the determined target speed v F, target of the bicycle 1 and the determined target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 to adjust.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuer- und Regelkreises des erfindungsgemäßen Antriebssystems 10 und Fahrrads 1. Dabei sind die Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll die Führungsgrößen und die Steuer-/Regeleinheit 7 ist der Regler. Der für das mindestens eine Antriebsrad 2 zur Verfügung gestellte Strom i und die für das mindestens eine Antriebsrad 2 zur Verfügung gestellte Spannung u sind die Stellgrößen. Das Fahrrad 1 ist die Regelstrecke. Eine ermittelte Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1 und eine ermittelte Ist-Winkelbeschleunigung αIst sind die Regelgrößen. 3 shows a schematic representation of a control and regulating circuit of the drive system according to the invention 10 and bicycle 1 , In this case, the target speed v F, the target of the bicycle 1 and the target angular acceleration α target the command values and the control unit 7 is the regulator. The one for the at least one drive wheel 2 Provided current i and that for the at least one drive wheel 2 provided voltage u are the manipulated variables. The bike 1 is the controlled system. A determined actual speed v F, Is the bicycle 1 and a determined actual angular acceleration α Ist are the controlled variables.

Die Windgeschwindigkeit vW,Ist in Fahrtrichtung des Fahrrads 1 und/oder die Steigung m einer Fahrtstrecke und/oder die Reibungskraft FR können als Störgrößen für den Steuer- und Regelkreis ermittelt und beim Ermitteln der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 berücksichtigt werden.The wind speed v W, is in the direction of travel of the bike 1 and / or the slope m of a route and / or the frictional force F R can be determined as disturbances for the control and regulating circuit and in determining the target speed v F, target of the bicycle 1 and the target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 be taken into account.

4 zeigt ein Diagramm über den Verlauf der Beschleunigung aF des erfindungsgemäßen Fahrrads 1 in Abhängigkeit vom Drehmoment MP an der Pedalerie 8 für verschiedene Geschwindigkeiten vF,Ist. Die höchste Geschwindigkeit vF,Ist sei mit 100%, die mittlere Geschwindigkeit vF,Ist mit 50% und die niedrigste Geschwindigkeit vF,Ist mit 0% bezeichnet. Bekanntlich ist die Beschleunigung aF des Fahrrads 1 proportional zur Winkelbeschleunigung α des mindestens einen Antriebsrads 2, solange kein Schlupf auftritt. Unter dieser Bedingung wird somit durch das Diagramm auch eine Aussage über den Verlauf der Winkelbeschleunigung α des mindestens einen Antriebsrads 2 in Abhängigkeit vom Drehmoment MP an der Pedalerie 8 für die verschiedenen Geschwindigkeiten vF,Ist getroffen. 4 shows a diagram over the course of the acceleration a F of the bicycle according to the invention 1 depending on the torque M P at the pedals 8th for different speeds v F, Ist . The highest speed v F, be with 100%, the average speed v F, is with 50% and the lowest speed v F, is denoted by 0%. As is known, the acceleration is a F of the bicycle 1 proportional to the angular acceleration α of the at least one drive wheel 2 as long as no slippage occurs. Under this condition, the diagram thus also provides information about the course of the angular acceleration α of the at least one drive wheel 2 depending on the torque M P at the pedals 8th for the different speeds v F, is hit.

Der Zusammenhang ist linear dargestellt, also ohne den Einfluss der oben genannten äußeren Störungen bzw. Störgrößen. Tatsächlich werden die Führungsgrößen, also die gewünschte Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 und die gewünschte Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2, von einem „optimalen Fahrradmodell” ohne unerwünschte Störgrößen berechnet. Für die Bereiche der gestrichelten Linie (vF,Ist = 50%) und der gepunkteten Linie (vF,Ist = 100%), die unter der Pedalerie-Drehmoment-Achse liegen, ergibt sich eine negative Beschleunigung aF. Es wird also das Verhalten eines normalen Fahrrads 1 nachgebaut, das auch langsamer wird, wenn man bei einer bestimmten Geschwindigkeit vF,Ist das Trittmoment M zurücknimmt.The relationship is linear, ie without the influence of the above-mentioned external disturbances or disturbances. In fact, the command values, ie the desired target speed v F, the target of the bicycle 1 and the desired target angular acceleration α target of the at least one drive wheel 2 , calculated from an "optimal bicycle model" without unwanted disturbances. For the areas of the dashed line (v F, actual = 50%) and the dotted line (v F, actual = 100%) which are below the pedal torque axis, there results a negative acceleration a F. So it becomes the behavior of a normal bike 1 that is also slowed down, if one at a certain speed v F, is the treading moment M retracts.

5 zeigt ein Diagramm über den Verlauf des Trittmoments MP des erfindungsgemäßen Fahrrads 1 bei einer Steigung m über eine bestimmte Zeitspanne bei einem ersten Beispiel. Die Zeitspanne läuft von 0 bis 10 Sekunden. Im in 5 dargestellten Beispiel befindet sich das Fahrrad 1 zum Zeitpunkt 0 im Stillstand, also vF,Ist = 0, aF = 0 und MP = 0. Der Fahrradfahrer fährt los und tritt mit einem konstanten Trittmoment MP = 5 Nm auf ebener Strecke. Dadurch wird das Fahrrad 1 beschleunigt. Nach 5 Sekunden erreicht er eine Steigung m von 7 Prozent, die eine Hangabtriebskraft auslöst. Das Trittmoment MP = 5 Nm soll über die gesamte Zeitspanne konstant bleiben. Dies wird durch die zusätzliche Leistung des mindestens einen Hilfsmotors 5 erreicht, wie nachfolgend noch ausgeführt wird. 5 shows a diagram over the course of the treading moment M P of the bicycle according to the invention 1 at a slope m over a certain period of time in a first example. The time span runs from 0 to 10 seconds. Im in 5 example shown is the bike 1 at time 0 at standstill, so v F, Ist = 0, a F = 0 and M P = 0. The cyclist drives off and occurs with a constant pedaling moment M P = 5 Nm on a flat track. This will be the bike 1 accelerated. After 5 seconds it reaches a slope m of 7 percent, which triggers a downhill force. The pedaling moment M P = 5 Nm should remain constant over the entire time span. This is due to the additional power of the at least one auxiliary motor 5 achieved, as will be explained below.

6 zeigt ein Diagramm über den Verlauf der Geschwindigkeit vF,Ist und Beschleunigung aF des erfindungsgemäßen Fahrrads 1 über die Zeitspanne 0 bis 10 Sekunden nach 5. Aufgrund des konstanten Trittmoments MP = 5 Nm in den ersten 5 Sekunden steigt die Geschwindigkeit vF,Ist auf ebener Strecke. Die nach 5 Sekunden durch die plötzliche Steigung einsetzende Hangabtriebskraft und die dadurch kurzzeitig stark abfallende Beschleunigung aF des Fahrrads 1 werden durch die erfindungsgemäße Regelung automatisch kompensiert, so dass der Einfluss auf die Geschwindigkeit vF,Ist gering ist: beim Zeitpunkt 5 Sekunden tritt lediglich eine sehr kleine kurzzeitige Verringerung der Geschwindigkeit vF,Ist ein und sie steigt danach sofort wieder gleichmäßig. 6 shows a diagram over the course of the speed v F, Ist and acceleration a F of the bicycle according to the invention 1 over the period 0 to 10 seconds after 5 , Due to the constant torque M P = 5 Nm in the first 5 seconds, the speed v F increases, is on a level track. After 5 seconds by the sudden slope incipient downhill power and thereby briefly sharply decreasing acceleration a F of the bike 1 are automatically compensated by the control according to the invention, so that the influence on the speed v F, Is is low: at the time 5 seconds occurs only a very small short-term reduction of the speed v F, Ist and it then increases immediately again evenly.

7 zeigt ein Diagramm über den Verlauf des Ist-Drehmoments MM,Ist und des Soll-Drehmoments MM,Soll des mindestens einen Hilfsmotors 5 des erfindungsgemäßen Fahrrads 1 über die Zeitspanne nach 5. Kurz nach dem Zeitpunkt 0 benötigt der Fahrradfahrer Unterstützung durch den mindestens einen Hilfsmotor 5, so dass das Motormoment MM kurzzeitig bis auf ein lokales Maximum ansteigt. Ist hier eine gewisse Ist-Geschwindigkeit vF,Ist erreicht, so benötigt der Fahrer immer weniger Motor-Unterstützung und das Motormoment MM sinkt bis auf ein lokales Minimum. Nach 5 Sekunden benötigt der Fahrer aufgrund der plötzlich auftretenden Steigung eine relativ hohe Motorunterstützung, so dass das Motormoment MM binnen 1 Sekunde auf ein weiteres, noch höheres lokales Maximum ansteigt. Da die Steigung bis zum Ablauf der insgesamt 10 Sekunden anhält, benötigt der Fahrer auch für den Zeitraum 5 bis 10 Sekunden ein vergleichsweise hohes Motormoment MM, das bis zum Ablauf der 10 Sekunden nur leicht sinkt. 7 shows a diagram over the course of the actual torque M M, Ist and the desired torque M M, target of at least one auxiliary motor 5 the bicycle according to the invention 1 over the period after 5 , Shortly after time 0, the cyclist needs assistance from the at least one auxiliary engine 5 , so that the engine torque M M briefly rises to a local maximum. If a certain actual speed v F, is reached, the driver requires less and less engine assistance and the engine torque M M drops to a local minimum. After 5 seconds, the driver needs due to the sudden slope of a relatively high engine assistance, so that the engine torque M M within 1 second to another, even higher local maximum increases. Since the slope lasts until the lapse of the total of 10 seconds, the driver also requires a comparatively high engine torque M M for the period of 5 to 10 seconds, which only drops slightly by the end of the 10 seconds.

Zur Ermittlung des Soll-Motormoments MM,Soll und zur entsprechenden Einstellung des beschriebenen Ist-Motormoments MM,Ist wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads 2 aus dem ermittelten Ist-Drehmoment MP an der Pedalerie 8 (siehe 5) und der ermittelten Ist-Geschwindigkeit VF,Ist des Fahrrads 1 (siehe 5) ermittelt, beispielsweise mit Hilfe der Formel x1·MP – x2·νF,Ist – x3·νF,Ist 2. Anschließend wird aus der ermittelten Soll-Winkelbeschleunigung αSoll das Soll-Motormoment MM,Soll bestimmt und der mindestens eine Hilfsmotor 5 auf ein Ist-Motormoment MM,Ist derart eingestellt, dass das mindestens eine Antriebsrad 2 mit der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll solange betrieben wird, bis die ermittelte Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1 der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads 1 zumindest annähernd entspricht. In der Darstellung nach 7 sind das beschriebene Ist-Motormoment MM,Ist und das gewünschte Soll-Motormoment MM,Soll nahezu gleich bzw. deckungsgleich, da die Einstellung und Regelung des Ist-Motormoments MM,ist auf das Soll-Drehmoment MM,Soll durch das erfindungsgemäße Antriebssystem 10 entsprechend schnell erfolgt und der Maßstab in 7 vergleichsweise klein gewählt ist.In order to determine the setpoint engine torque M M, setpoint and for the corresponding setting of the described actual engine torque M M, the desired angular acceleration α desired of the at least one drive wheel is initially determined according to the inventive method 2 from the determined actual torque M P at the pedal 8th (please refer 5 ) and the determined actual speed V F, is the bicycle 1 (please refer 5 ), for example with the aid of the formula x 1 * M P - x 2 * ν F, actual x 3 * ν F, is 2 . Subsequently, the setpoint engine torque M M, setpoint is determined from the determined desired angular acceleration α setpoint and the at least one auxiliary motor 5 to an actual engine torque M M, is set such that the at least one drive wheel 2 with the target angular acceleration α target is operated until the determined actual speed v F, Is the bicycle 1 the target speed v F, target of the bicycle 1 at least approximately. In the illustration after 7 are the described actual engine torque M M, Ist and the desired target engine torque M M, target almost equal or congruent, since the setting and control of the actual engine torque M M, is to the target torque M M, set by the Drive system according to the invention 10 correspondingly fast and the scale in 7 is chosen comparatively small.

Die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll dient also beim ersten Beispiel als Ausgangsgröße eines Modells nach 5, wie sich das Fahrrad 1 über eine festgelegte Zeitspanne verhalten soll, nämlich ein konstantes Trittmoment MP = 5 Nm auch bei plötzlich auftretender Steigung einzuhalten.In the first example, the desired angular acceleration α set is used as the output variable of a model 5 how the bike is 1 to behave over a fixed period of time, namely to maintain a constant moment of impact M P = 5 Nm, even when suddenly occurring slope.

8 zeigt ein Diagramm über den Verlauf des Trittmoments MP, der Steigung m der Fahrtstrecke und der Windgeschwindigkeit vW,Ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad 1 über die Zeitspanne von 20 bis 40 Sekunden bei einem zweiten Beispiel. Der Fahrradfahrer fährt über die gesamte Zeitspanne mit einer konstanten Geschwindigkeit vF,Ist von etwa 7,7 m/s (siehe auch 10). Dazu tritt er konstant mit einem Drehmoment MP von 16 Nm, was bei dieser Geschwindigkeit einer Leistung von 100 Watt entspricht. Die Steigung m ändert sich über die gesamte Zeitspanne sinusförmig zwischen –1% und 1%. Der Wind weht böig, so dass Windstöße von bis zu 10 m/s von vorne und hinten auf den Fahrer treffen und somit einen entsprechenden Gegenwind bzw. Rückenwind erzeugen. 8th shows a diagram over the course of the treadmill moment M P , the slope m of the route and the wind speed v W, Is in the bicycle according to the invention 1 over the period of 20 to 40 seconds in a second example. The cyclist rides over the entire time span at a constant speed v F, is about 7.7 m / s (see also 10 ). For this purpose, it occurs constantly with a torque M P of 16 Nm, which corresponds to a power of 100 watts at this speed. The slope m changes sinusoidally between -1% and 1% over the entire time span. The wind blows gusty, so that gusts of wind of up to 10 m / s hit the driver from the front and back and thus generate a corresponding headwind or tail wind.

Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Steigungen und unterschiedlich starken und unterschiedlich gerichteten Winde wäre die tatsächliche Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads 1 ohne die erfindungsgemäße Regelung nicht mehr konstant, sondern sie würde steigen oder fallen über die Zeitspanne. Damit dennoch die gewünschte Soll-Geschwindigkeit vF,Soll von 7,7 m/s gemäß 10 über die gesamte Zeitspanne nahezu konstant gehalten wird, wird wieder erfindungsgemäß eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll und eine Soll-Winkelbeschleunigung αSoll berechnet, daraus das Soll-Motormoment MM,Soll bestimmt und das Ist-Motormoment MM,Ist entsprechend eingestellt, wie beim ersten Beispiels mittels von 7 bereits ausführlich beschrieben. 9 zeigt ein Diagramm über den entsprechenden Verlauf des Ist-Drehmoments MM,Ist und des Soll-Drehmoments MM,Soll des mindestens einen Hilfsmotors 5 des erfindungsgemäßen Fahrrads 1 gemäß dem zweiten Beispiel 2 nach 8.Taking into account the different gradients and different strong and differently directed winds, the actual actual speed would be v F, actual of the bicycle 1 without the regulation according to the invention no longer constant, but it would rise or fall over the period of time. So that nevertheless the desired setpoint speed v F, target of 7.7 m / s according to 10 is kept almost constant over the entire period, again according to the invention, a target speed v F, and setpoint target angular acceleration α target calculated from the setpoint engine torque M M, setpoint determined and the actual engine torque M M, Ist set accordingly , as in the first example by means of 7 already described in detail. 9 shows a diagram of the corresponding course of the actual torque M M, Ist and the target torque M M, target of at least one auxiliary motor 5 the bicycle according to the invention 1 according to the second example 2 after 8th ,

Wiederum sind aufgrund der schnellen Motorregelung das Soll-Motormoment MM,Soll und das Ist-Motormoment MM,Ist quasi deckungsgleich. Die Ist-Winkelbeschleunigung αIst ist in 10 dargestellt, ebenfalls quasi deckungsgleich mit der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll. Die Ist-Winkelbeschleunigung αIst ergibt sich durch die erfindungsgemäße Berechnung der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll und entsprechende Einstellung des mindestens einen Hilfsmotors 5 auf das Ist-Motormoment MM,Ist. Die Ist-Winkelbeschleunigung αIst verläuft nahezu konstant Null (aufgrund der konstanten Soll-Geschwindigkeit vF,Soll) bis auf einige Spitzen (Peaks) um diejenigen Zeitpunkte oder Zeitintervalle, wo sich die Steigung und/oder der Wind ändert. Die konstante Tretleistung des Fahrers führt zu einer quasi-konstanten Beschleunigung. Störungen werden ausgeregelt.Again, due to the fast engine control, the target engine torque M M, target and the actual engine torque M M, is virtually congruent. The actual angular acceleration α Ist is in 10 shown, too almost congruent with the target angular acceleration α target . The actual angular acceleration α actual results from the calculation according to the invention of the desired angular acceleration α desired and corresponding setting of the at least one auxiliary motor 5 to the actual engine torque M M, Ist . The actual angular acceleration α actual is nearly constant zero (due to the constant desired speed v F, set point ) except for a few peaks (peaks) around those time points or time intervals where the slope and / or the wind changes. The constant pedaling power of the driver leads to a quasi-constant acceleration. Faults are corrected.

Auch hier dient die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll somit als Ausgangsgröße eines Modells nach 8, wie sich das Fahrrad 1 über eine festgelegte Zeitspanne verhalten soll, nämlich eine konstante Soll-Geschwindigkeit vF,Soll = 7,7 m/s auch bei diversen Steigungen und Winden einzuhalten. Das hat zur Folge, dass der mindestens eine Hilfsmotor 5 bei sich erhöhender Störung des Fahrradfahrers, beispielsweise durch sich erhöhenden Gegenwind und/oder sich erhöhender Steigung der Fahrtstrecke, das Motormoment MM automatisch hochgeregelt wird. Wenn dagegen äußere Störungen den Fahrer unterstützen, beispielsweise durch sich erhöhenden Rückenwind und/oder Gefälle der Fahrtstrecke, nimmt die Motorunterstützung und das Motormoment MM automatisch ab. Je nach Intensität dieser äußeren Unterstützung, beispielsweise durch ein sehr starkes Gefälle, übt der mindestens eine Hilfsmotor 5 sogar ein Bremsmoment aus, um Energie in einen Akkumulator (nicht dargestellt) zu rekuperieren. In diesem Fall ist das Motormoment MM negativ.Again, the target angular acceleration α target thus serves as the output of a model 8th how the bike is 1 to behave over a fixed period of time, namely to maintain a constant target speed v F, target = 7.7 m / s even with various gradients and winds. This has the consequence that the at least one auxiliary engine 5 when increasing disturbance of the cyclist, for example, by increasing headwind and / or increasing slope of the route, the engine torque M M is automatically upshifted. If, on the other hand, external disturbances support the driver, for example by increasing tailwind and / or incline of the route, the engine assistance and the engine torque M M automatically decrease. Depending on the intensity of this external support, for example, by a very steep slope, the at least one auxiliary motor practices 5 even a braking torque to recuperate energy in an accumulator (not shown). In this case, the engine torque M M is negative.

Generell gilt für die Erfindung, dass Schlupf, der bei einem zu hohem Motormoment MM auf das mindestens eine Antriebsrad 2 auftreten kann, durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Antriebssystem 10 automatisch ausgeregelt wird. Dadurch dass die Ist-Winkelbeschleunigung αIst am mindestens einen Antriebsrad 2 gemessen wird, wird bei Schlupf eine sehr hohe Ist-Winkelbeschleunigung αIst gemessen. Sie wird in diesem Fall höher sein als die aus dem Trittmoment MP und der Ist-Geschwindigkeit vF,Ist berechnete Soll-Winkelbeschleunigung αSoll und wird automatisch zurückgeregelt, indem der mindestens eine Hilfsmotor 5 ein geringeres Motormoment MM aufbringt.In general, for the invention that slip, which at an excessively high engine torque M M on the at least one drive wheel 2 may occur, by the method according to the invention or the drive system according to the invention 10 is automatically corrected. Characterized in that the actual angular acceleration α Ist on at least one drive wheel 2 is measured, a very high actual angular acceleration α Ist is measured at slip. In this case, it will be higher than that from the pedaling moment M P and the actual speed v F, is the calculated target angular acceleration α Soll and is automatically regulated back by the at least one auxiliary motor 5 a lower engine torque M M applies.

Die Schlupfregelung lässt sich beispielweise alternativ durch einen Vergleich der Drehzahlen des Vorder- und Hinterrads bewerkstelligen. Dann müsste allerdings eine zusätzliche Sensorik installiert werden. Außerdem müssten Geschwindigkeitsdifferenzen, die sich aufgrund von Kurvenfahrt mit Schräglage des Fahrrads ergeben, erkannt und herausgerechnet werden, was einen hohen Aufwand erfordert.The slip control can be accomplished, for example, alternatively by comparing the speeds of the front and rear wheels. Then, however, an additional sensor would have to be installed. In addition, speed differences that arise due to cornering with banking of the bike should be recognized and eliminated, which requires a lot of effort.

Ebenfalls gilt für die Erfindung generell, dass sie eine effiziente und ergonomische Motorsteuerung ohne Benutzereingaben ermöglicht, da die Regelung automatisch erfolgt.Also applies to the invention in general that it allows an efficient and ergonomic engine control without user input, since the control is automatic.

Alternativ wäre denkbar, die Steigung mit einem Neigungswinkelsensor zu erfassen und anhand dessen die Motorleistung anzupassen. Gemäß dieser Methode alleine könnte jedoch Windwiderstand nicht kompensiert werden.Alternatively, it would be conceivable to detect the slope with a tilt angle sensor and to adjust the engine power based on this. However, wind resistance could not be compensated by this method alone.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it will be understood by those skilled in the art that modifications and changes may be made without departing from the scope of the following claims. The embodiments discussed above are merely for the purpose of describing the claimed teaching, but do not limit it to the embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrradbicycle
22
Antriebsraddrive wheel
55
Hilfsmotorauxiliary engine
66
Generatorgenerator
77
Steuer-/RegeleinheitControl / regulation unit
88th
Pedaleriepedals
9, 199, 19
Mittel zum Erfassen des Ist-Drehmoments an der Pedalerie und der Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des FahrradsMeans for detecting the actual torque at the pedal and the actual speed v F, is the bicycle
1010
Antriebssystemdrive system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/105607 A2 [0007] WO 2010/105607 A2 [0007]
  • WO 2010/105610 A1 [0007] WO 2010/105610 A1 [0007]
  • DE 202004014189 U1 [0007] DE 202004014189 U1 [0007]
  • DE 19732468 A1 [0008] DE 19732468 A1 [0008]
  • WO 2011/018255 A1 [0009] WO 2011/018255 A1 [0009]

Claims (8)

Antriebssystem (10) für ein Fahrrad (1) mit mindestens einem Hilfsmotor (5), mindestens einem Antriebsrad (2), das durch den mindestens einen Hilfsmotor (5) antreibbar ist, einer Pedalerie (8), und mindestens einem Mittel (9, 19) zum Erfassen eines Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie (8) und einer Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads (1), gekennzeichnet durch eine Steuer-/Regeleinheit (7), die mit der Pedalerie (8) und dem mindestens einen Hilfsmotor (5) derart verbunden ist, dass eine Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) und eine Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads (2) jeweils als eine Funktion des erfassten Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie (8) und der erfassten Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads (1) steuerbar und regelbar sind.Drive system ( 10 ) for a bicycle ( 1 ) with at least one auxiliary engine ( 5 ), at least one drive wheel ( 2 ), which by the at least one auxiliary engine ( 5 ), a pedals ( 8th ), and at least one means ( 9 . 19 ) for detecting an actual torque M P on the pedal ( 8th ) and an actual speed v F, Is the bicycle ( 1 ), characterized by a control unit ( 7 ), with the pedals ( 8th ) and the at least one auxiliary engine ( 5 ) is connected such that a target speed v F, desired of the bicycle ( 1 ) and a desired angular acceleration α desired of the at least one drive wheel ( 2 ) each as a function of the detected actual torque M P at the pedal ( 8th ) and the detected actual speed v F, Is the bicycle ( 1 ) are controllable and controllable. Fahrrad (1) mit einem Antriebssystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.Bicycle ( 1 ) with a drive system ( 10 ) according to any one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads (1) mit mindestens einem Hilfsmotor (5), mindestens einem Antriebsrad (2) und einer Pedalerie (8) mit den folgenden Schritten: • Vorgeben einer Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1); • Ermitteln einer Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads (1); und • Ermitteln eines Ist-Drehmoments MP an der Pedalerie (8); gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • Ermitteln einer Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) und einer Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads (2) aus dem ermittelten Ist-Drehmoment MP an der Pedalerie (8) und der ermittelten Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads (1); und • Einstellen des mindestens einen Hilfsmotors (5) derart, dass das mindestens eine Antriebsrad (2) mit der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll solange betrieben wird, bis die ermittelte Ist-Geschwindigkeit vF,Ist des Fahrrads (1) der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) zumindest annähernd entspricht.Method for operating a bicycle ( 1 ) with at least one auxiliary engine ( 5 ), at least one drive wheel ( 2 ) and a pedals ( 8th ) with the following steps: • Specifying a desired speed v F, setpoint of the bicycle ( 1 ); Determining an actual speed v F, Is the bicycle ( 1 ); and determining an actual torque M P at the pedal ( 8th ); characterized by the following steps: determining a set speed v F, setpoint of the bicycle ( 1 ) and a desired angular acceleration α desired of the at least one drive wheel ( 2 ) from the determined actual torque M P at the pedal ( 8th ) and the determined actual speed v F, Is the bicycle ( 1 ); and adjusting the at least one auxiliary engine ( 5 ) such that the at least one drive wheel ( 2 ) is operated with the target angular acceleration α desired until the determined actual speed v F, Is the bicycle ( 1 ) of the target speed v F, target of the bicycle ( 1 ) at least approximately. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Steuer- und Regelkreis dadurch gebildet wird, dass die Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) und die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll die Führungsgrößen, eine Steuer-/Regeleinheit (7) den Regler, der für das mindestens eine Antriebsrad (2) zur Verfügung gestellte Strom i und die für das mindestens eine Antriebsrad (2) zur Verfügung gestellte Spannung u die Stellgrößen, das Fahrrad (1) die Regelstrecke und die ermittelte Ist-Geschwindigkeit vF,Ist und eine ermittelte Ist-Winkelbeschleunigung αIst die Regelgrößen bilden.Method according to claim 3, wherein a control and regulating circuit is formed by the setpoint speed v F, target of the bicycle ( 1 ) and the target angular acceleration α should the reference variables, a control unit ( 7 ) the controller which is responsible for the at least one drive wheel ( 2 ) and that for the at least one drive wheel ( 2 ) provided voltage u the manipulated variables, the bicycle ( 1 ) the controlled system and the determined actual speed v F, Ist and a determined actual angular acceleration α Ist form the controlled variables. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Windgeschwindigkeit vW,Ist in Fahrtrichtung des Fahrrads (1) und/oder die Steigung m einer Fahrtstrecke und/oder die Reibungskraft FR als Störgrößen für den Steuer- und Regelkreis ermittelt und beim Ermitteln der Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) und der Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads (2) berücksichtigt werden.Method according to claim 4, wherein the wind speed v W, is in the direction of travel of the bicycle ( 1 ) and / or the slope m of a route and / or the frictional force FR determined as disturbance variables for the control and regulating circuit and in determining the desired speed v F, Soll des Fahrrads ( 1 ) and the desired angular acceleration α target of the at least one drive wheel ( 2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, mit den weiteren Schritten: • Erfassen einer Tretkraft FP an der Pedalerie (8); und • Regeln des Drehmoments MM des mindestens einen Hilfsmotors (5) derart, dass sich auf Basis der erfassten Tretkraft FP die ermittelte Soll-Geschwindigkeit vF,Soll des Fahrrads (1) und die ermittelte Soll-Winkelbeschleunigung αSoll des mindestens einen Antriebsrads (2) einstellen.Method according to one of claims 3 to 4, with the further steps: • detecting a treading force F P at the pedal ( 8th ); and • controlling the torque M M of the at least one auxiliary motor ( 5 ) such that, on the basis of the detected treading force F P, the determined desired speed v F, desired value of the bicycle ( 1 ) and the determined target angular acceleration α desired of the at least one drive wheel ( 2 ) to adjust. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Soll-Winkelbeschleunigung αSoll mit Hilfe der Formel x1·MP – x2·νF,Ist – x3·νF,Ist 2 ermittelt wird, wobei x1, x2 und x3 fest vorgegebene Gewichtungsfaktoren sind.Method according to one of claims 3 to 5, wherein the target angular acceleration α Soll by means of the formula x 1 · M P - x 2 · ν F, Ist - x 3 · ν F, Ist 2 is determined, where x 1 , x 2 and x 3 are fixed weighting factors. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Gewichtungsfaktor x1 gleich 0,2, der Gewichtungsfaktor x2 gleich 0,1 und der Gewichtungsfaktor x3 gleich 0,2 ist.The method of claim 6, wherein the weighting factor x 1 is equal to 0.2, the weighting factor x 2 is equal to 0.1, and the weighting factor x 3 is equal to 0.2.
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