DE102024203303A1

DE102024203303A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zum Steuern eines Antriebsmotors eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102024203303A1
Application number: DE102024203303.0A
Authority: DE
Inventors: Lothar Kiltz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2024-04-11
Filing date: 2024-04-11
Publication date: 2025-10-16
Anticipated expiration: 2044-04-12
Also published as: DE102024203303B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors (4) eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs (2) beschrieben. Das Verfahren weist ein Einlesen (S1) von Zustandsinformation einer Kurbel (8) des muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs (2) und ein Bestimmen (S2) von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck mit einem numerischen Verfahren in Abhängigkeit von der eingelesenen Zustandsinformation auf. Ferner weist das Verfahren ein Steuern (S3) des Antriebsmotors (4) in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck auf. Ferner wird eine Steuereinrichtung (6) zum Ausführen eines solchen Verfahrens beschrieben. Zudem werden ein Antriebsstrang mit einer solchen Steuereinrichtung (6) sowie ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug (2) mit einem solchen Antriebsstrang beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs. Das Steuern des Antriebsmotors wird in Abhängigkeit von zumindest einem von einer bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung einer Kurbel des Fahrzeugs und einem bestimmen Kurbelwinkelruck der Kurbel durchgeführt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Antriebsstrang mit einer solchen Steuereinrichtung sowie auf ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
Manche Verfahren zum Steuern von Elektromotoren von muskelkraftbetriebenen Fahrzeugen, wie E-Bikes, verwenden Information zu einer Kurbelwinkelbeschleunigung einer Kurbel des Fahrzeugs und alternativ oder zusätzlich Information zu einem Kurbelwinkelruck der Kurbel. Sowohl die Kurbelwinkelbeschleunigung als auch der Kurbelwinkelruck müssen dafür bestimmt werden. Aus dem Stand der Technik ist aus der DE 10 2017 103 735 A1 beispielsweise bekannt, dass eine Kurbelwinkelbeschleunigung durch Differenzieren einer Drehgeschwindigkeit der Kurbel bestimmt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein ausgehend vom Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs. Das Steuern kann ein Steuern und alternativ oder zusätzlich ein Regeln des Antriebsmotors sein. Zum Steuern des Antriebsmotors kann zumindest ein Steuerparameter bestimmt werden. Der Antriebsmotors kann mit dem bestimmten Steuerparameter gesteuert werden. Der Antriebsmotor kann ein Elektromotor sein. Der Antriebsmotor kann zum Bereitstellen von Antriebskraft zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs beim Antreiben des Fahrzeugs eingerichtet sein. Der Antriebsmotor kann zur Entlastung des Fahrers bei Fahrt und alternativ oder zusätzlich zur Steigerung einer Reichweite des Fahrzeugs verwendet werden. Der Antriebsmotor kann zum Bereitstellen von Antriebskraft zur Entlastung des Fahrers eingerichtet sein. Beispielsweise kann zum einen Antriebskraft bereitgestellt vom Fahrer als Muskelkraft und zum anderen Antriebskraft bereitgestellt vom Antriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Die Antriebskraft bereitgestellt vom Antriebsmotor kann dabei den Fahrer entlasten.
Das Fahrzeug kann ein Fahrrad, ein E-Bike, ein Pedelec oder ein Lastenrad sein. Das Fahrzeug kann eine Kurbel mit einer Tretkurbelwelle aufweisen. Die Kurbel kann drehbar in einem Rahmen des Fahrzeugs gelagert sein. Mit der Tretkurbelwelle können Kurbelarme der Kurbel drehfest verbunden sein, und an einem Ende eines jeden Kurbelarms kann ein Pedal drehbar gelagert sein. Die Tretkurbelwelle kann eine Pedalkurbelwelle sein. Der Fahrer kann Muskelkraft als Antriebskraft über die Pedale und damit auf die Kurbel zum Antreiben des Fahrzeugs aufbringen.
Manche oder alle Schritte des Verfahrens können von zumindest einer Einrichtung des Fahrzeugs durchgeführt werden, beispielsweise von einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs. Das Verfahren kann ein computer-implementiertes Verfahren sein.
Das Verfahren weist ein Einlesen von Zustandsinformation der Kurbel des muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs auf. Das Einlesen von Zustandsinformation kann ein Einlesen von zumindest einer Zustandsinformation sein, beispielsweise von genau einer Zustandsinformation oder von mehreren Zustandsinformationen. Die Zustandsinformation kann Messwerte zu einem oder mehreren Zuständen der Kurbel als Funktion der Zeit umfassen. Beispielsweise kann Zustandsinformation der Kurbel einen zeitlichen Verlauf zumindest eines Zustands der Kurbel umfassen. Die Zustandsinformation kann eine Messgröße sein, welche beispielsweise mit einem Sensor messbar sein kann. Beispielsweise können Messwerte zum Zustand der Kurbel zeitdiskret vorliegen, beispielsweise als zeitliches Signal. Die einzelnen Messwerte können zeitäquidistant beabstandet sein. Während eines Pedalierens durch den Fahrer des Fahrzeugs kann sich der Zustand der Kurbel ändern. Information zu diesem sich verändernden Zustand als Funktion der Zeit kann beim Einlesen von Zustandsinformation der Kurbel eingelesen werden.
Ferner weist das Verfahren ein Bestimmen von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck mit einem numerischen Verfahren in Abhängigkeit von der eingelesenen Zustandsinformation auf. Das Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich das Bestimmen des Kurbelwinkelrucks mit dem numerischen Verfahren kann ein näherungsweises Bestimmen oder Schätzen sein. Das numerische Verfahren kann beispielsweise eine zeitliche Differentiation der als zeitliches Signal eingelesenen Zustandsinformation der Kurbel aufweisen. Das numerische Verfahren kann eine einfache oder mehrfache, wie zweifache oder dreifache zeitliche Differentiation aufweisen. Beispielsweise kann ein Bestimmen einer einfachen, zweifachen und alternativ oder zusätzlich einer dreifachen zeitlichen Ableitung der als zeitliches Signal vorliegenden Zustandsinformation durchgeführt werden.
Das Verfahren weist ferner ein Steuern des Antriebsmotors in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck auf. Beispielsweise kann die bestimmte Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der bestimmte Kurbelwinkelruck als Parameter einer Drehzahlsteuerung und alternativ oder zusätzlich einer Drehzahlregelung des Antriebsmotors verwendet werden, beispielsweise um eine Genauigkeit der Drehzahlsteuerung und alternativ oder zusätzlich der Drehzahlregelung zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann die bestimmte Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der bestimmte Kurbelwinkelruck als Parameter einer Drehmomentsteuerung und alternativ oder zusätzlich einer Drehmomentregelung des Antriebsmotors verwendet werden, beispielsweise um eine Genauigkeit der Drehmomentsteuerung und alternativ oder zusätzlich der Drehmomentregelung zu verbessern. Das Steuern des Antriebsmotors kann in Abhängigkeit von weiteren Parametern, welche beispielsweise basierend auf weiteren Messgrößen bestimmbar sein können, durchgeführt werden.
Mit einem solchen Verfahren ist ein zumindest näherungsweises Bestimmen von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck möglich. Das Bestimmen wird mit einem numerischen Verfahren durchgeführt. Ein solches Verfahren kann einen guten Kompromiss zwischen Rauschunterdrückung und Genauigkeit zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks ohne einen weiteren Sensor darstellen.
Damit ist zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und des Kurbelwinkelrucks kein dedizierter Sensor notwendig. Ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors mit so bestimmter Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich so bestimmtem Kurbelwinkelruck ist damit bei vielen Fahrzeugen möglich, welche keinen solchen dedizierten Sensor aufweisen. Ferner kann mit einem solchen Verfahren die Anzahl elektrischer Schnittstellen im Fahrzeug verringert werden, da auf einen solchen dedizierten Sensor verzichtet werden kann. Damit kann eine vereinfachte Systemintegration von einer das Verfahren ausführenden Steuereinrichtung in dem Fahrzeug mit weiteren Sensoren durchgeführt werden. Somit kann die Anzahl der Fehlerquellen für ein solches Verfahren und für eine das Verfahren ausführende Steuereinrichtung reduziert werden.
Durch das Bestimmen von zumindest einem von der Kurbelwinkelbeschleunigung und dem Kurbelwinkelruck kann beispielsweise ein Beginn und alternativ oder zusätzlich ein Ende eines Pedalierens des Fahrers erkannt werden. Das Steuern des Antriebsmotors kann in Abhängigkeit von dem erkannten Beginn und alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von dem erkannten Ende des Pedalierens durchgeführt werden.
Zudem kann die Zustandsgröße der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks mit einem solchen Verfahren bestimmbar sein. Damit kann zum Steuern des Antriebsmotors des Fahrzeugs diese Zustandsgröße bestimmt werden. Damit kann das Steuern genauer durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zustandsinformation einen Kurbelwinkel der Kurbel aufweist. Beispielsweise kann ein zeitliches Signal mit zeitäquidistant beabstandeten, zeitdiskreten Messwerten zum Kurbelwinkel als Zustandsinformation eingelesen werden. Ferner kann ein Erfassen des Kurbelwinkels mit einem Kurbelwinkelsensor durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf des Kurbelwinkels erfasst werden, beispielsweise in Form eines zeitlichen Signals. Das Fahrzeug kann den Kurbelwinkelsensor aufweisen. Der Kurbelwinkelsensor kann mit der Steuereinrichtung kommunikativ verbunden sein. Das Erfassen des Kurbelwinkels kann zeitlich vor dem Einlesen der Zustandsinformation durchgeführt werden. Beispielsweise wird das Erfassen des Kurbelwinkels für das Einlesen der Zustandsinformation durchgeführt. Im Schritt des Einlesens von Zustandsinformation kann der mit dem Kurbelwinkelsensor erfasste Kurbelwinkel eingelesen werden.
Das Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung kann ein Bestimmen einer zweifachen zeitlichen Ableitung des Kurbelwinkels aufweisen. Das Bestimmen des Kurbelwinkelrucks kann ein Bestimmen einer dreifachen zeitlichen Ableitung des Kurbelwinkels aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zustandsinformation eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit der Kurbel aufweist. Die Kurbelwinkelgeschwindigkeit kann eine Kadenz der Kurbel sein. Beispielsweise kann ein zeitliches Signal mit zeitäquidistant beabstandeten, zeitdiskreten Messwerten zur Kurbelwinkelgeschwindigkeit als Zustandsinformation eingelesen werden. Ferner kann ein Erfassen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit mit einem Kadenzsensor durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf der Kurbelwinkelgeschwindigkeit erfasst werden, beispielsweise in Form eines zeitlichen Signals. Das Fahrzeug kann den Kadenzsensor aufweisen. Der Kadenzsensor kann mit der Steuereinrichtung kommunikativ verbunden sein. Das Erfassen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit kann zeitlich vor dem Einlesen der Zustandsinformation durchgeführt werden. Beispielsweise wird das Erfassen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit für das Einlesen der Zustandsinformation durchgeführt. Im Schritt des Einlesens von Zustandsinformation kann die mit dem Kadenzsensor erfasste Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingelesen werden.
Das Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung kann ein Bestimmen einer einfachen zeitlichen Ableitung des Kurbelwinkelgeschwindigkeit aufweisen. Das Bestimmen des Kurbelwinkelrucks kann ein Bestimmen einer zweifachen zeitlichen Ableitung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit aufweisen.
Somit kann das Verfahren durch eine Steuereinrichtung mit einem Kurbelwinkelsensor und alternativ oder zusätzlich mit einem Kadenzsensor zum Erfassen von Zustandsinformation durchgeführt werden. Ein Kurbelwinkelsensor und alternativ oder zusätzlich ein Kadenzsensor zum Erfassen von Zustandsinformation ist bei vielen muskelkraftbetriebenen Fahrzeugen beispielsweise bereits vorhanden. Weitere Sensoren und von diesen Sensoren erfasste Information und Messwerte sind zum Durchführen des Verfahrens somit beispielsweise nicht notwendig. Somit kann ein besonders wirtschaftlich durchführbares Verfahren bereitgestellt werden, da ein solches Verfahren beispielsweise lediglich abhängig von einem Kurbelwinkelsensor und alternativ oder zusätzlich einem Kadenzsensor zum Erfassen von Zustandsinformation ist.
Mit einem solchen Verfahren kann in Abhängigkeit von einem Messsignal mittels numerischer Verfahren, wie numerischer Differentiation, die Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der Kurbelwinkelruck bestimmt werden. Wenn das Bestimmen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks in Abhängigkeit vom erfassen Kurbelwinkel durchgeführt wird, kann auf einen zusätzlichen Kadenzsensor verzichtet werden. Dies kann die Systemkomplexität reduzieren. Alternativ kann lediglich ein Kadenzsensor vorhanden sein und es kann auf einen Kurbelwinkelsensor verzichtet werden. Dies kann die Systemkomplexität reduzieren.
Wenn das Bestimmen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks in Abhängigkeit von der erfassten Kurbelwinkelgeschwindigkeit durchgeführt wird, kann auf ein Bestimmen einer zusätzlichen zeitlichen Ableitung verzichtet werden. Dies kann den Rechenaufwand des Verfahrens reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Erfassen von Zustandsinformation mit einer konstanten Abtastrate durchgeführt werden. Das Erfassen des Kurbelwinkels und alternativ oder zusätzlich das Erfassen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit kann mit einer konstanten Abtastrate durchgeführt werden. Das Erfassen kann zyklisch und damit beispielsweise zeitlich periodisch durchgeführt werden.
Durch das Erfassen von Zustandsinformation mit einer konstanten Abtastrate kann ein zeitlicher Verlauf von Messwerten der Zustandsinformation mit zeitäquidistant beabstandeten Messwerten erfasst werden. Das numerische Verfahren kann somit ein auf einen solchen zeitlichen Verlauf speziell eingerichtetes Verfahren sein. Beispielsweise kann das Verfahren zum Bestimmen ein Differenzieren eines zeitlichen Signals mit zeitäquidistanten Messwerten aufweisen. Damit kann das Differenzieren speziell für zeitliche Verläufe mit zeitäquidistant beabstandeten Messwerten eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Bestimmen nur ein einfaches und alternativ oder zusätzlich mehrfaches zeitliches Differenzieren von einem zeitlichen Signals mit zeitäquidistant beabstandeten Messwerten aufweisen. Beispielsweise kann das Differenzieren nur von einem zeitlichen Signal mit zeitäquidistant beabstandeten Messwerten möglich sein. Beispielsweise kann somit darauf verzichtet werden, ein komplexeres, rechenaufwändigeres Verfahren zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks zu verwenden, welches ein Bestimmen und beispielsweise Differenzieren von einem zeitlichen Signal mit nicht zeitäquidistant beabstandeten Messwerten eingerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das numerische Verfahren eine differenzierende Tiefpassfilterung ist. Für die differenzierende Tiefpassfilterung kann ein differenzierendes Tiefpassfilter verwendet werden. Gemäß einer systemtheoretischen Interpretation kann das Bestimmen der einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung der Zustandsinformation mittels eines solchen differenzierenden Tiefpassfilters das numerische Verfahren zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks in Abhängigkeit von der Zustandsinformation sein.
Ein solches Verfahren kann ein genaueres numerisches Verfahren zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks aus der Zustandsinformation sein als das Verwenden eines Differenzenquotienten. Ein Differenzenquotient einfacher oder mehrfacher Ordnung der Zustandsinformation als Funktion der Zeit zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks kann ungenauer sein als eine solche differenzierende Tiefpassfilterung. Auch ein nachgelagertes Tiefpassfiltern eines mittels eines Differenzenquotienten bestimmten Werts der Kurbelwinkelbeschleunigung oder des Kurbelwinkelrucks aus der zeitabhängigen Zustandsinformation kann weniger genau sein als das Bestimmen der einfachen oder mehrfachen zeitlichen Ableitung der Zustandsinformation mittels der differenzierenden Tiefpassfilterung.
In alternativen Verfahren wird zunächst ein Tiefpassfiltern durchgeführt und dann wird in Abhängigkeit davon der Differenzenquotient einfacher oder höherer Ordnung gebildet. Oft wird bei einem solchen Anwenden des Differenzenquotienten mit gegebenenfalls nachgelagerten oder vorgelagerten Tiefpassfiltern das Messrauschen verstärkt und Aliasing-Effekte können infolge des Differenzenquotienten auftreten. Diese Aliasing-Effekte können auch durch das nachgelagerte Tiefpassfilter nicht kompensiert werden. Das hier vorgestellte Verfahren kann es somit ermöglichen, solche Aliasing-Effekte nicht auftreten zu lassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass die differenzierende Tiefpassfilterung linear und zeitinvariant ist. Das differenzierende Tiefpassfilter kann ein lineares und zeitinvariantes Filter sein. Das Tiefpassfilter kann ein lineares Übertragungsverhalten aufweisen und sich dabei zeitlich invariant verhalten, also unabhängig von der Zeit filtern.
Somit kann eine effektive Unterdrückung eines Messrauschens beim Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks erfolgen. Das Messrauschen kann beim Erfassen der Zustandsinformation erfasst werden. Damit kann eine hohe Genauigkeit beim Bestimmen der zeitlichen Ableitung der Zustandsinformation und damit beim Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks erreicht werden. Gleichzeitig kann die Zustandsinformation als Funktion der Zeit, beispielsweise der Kurbelwinkel oder die Kadenz, differenziert und dieses differenzierte Signal geglättet werden, wobei ein Messrauschen herausgefiltert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Filter für die lineare und zeitinvariante Tiefpassfilterung ein FIR-Filter ist. Das FIR-Filter besitzt beispielsweise eine Impulsantwort mit einer endlichen Länge.
Ein Verfahren, welches ein solches FIR-Filter als differenzierendes Tiefpassfilter verwendet, kann beim Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks mit einem solchen FIR-Filter garantiert numerisch stabil sein. Die Implementierung des differenzierenden Tiefpassfilters kann dabei als Faltungssumme durchgeführt werden, beispielsweise als gewichtete Summe endlich vieler Messwerte der Zustandsinformation. Damit kann vermieden werden, dass eine Rekursion zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks notwendig ist. Eine Rekursion könnte zu einem instabilen Verhalten des Verfahrens führen. Das Verfahren kann dadurch recheneffizient und stabil ausführbar sein.
Ferner kann das Verfahren schnell auf sich ändernde Werte der Zustandsinformation reagieren. Dies kann relevant sein, falls die bestimmte Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der bestimmte Kurbelwinkelruck beispielsweise für eine Sicherheitsfunktion verwendet wird und somit beispielsweise eine kurze Reaktionszeit notwendig ist. Die Faltungssummen können in einer das Verfahren ausführenden Steuereinrichtung, wie in einem eingebetteten System in einem Fahrzeug, effizient berechnet werden. Beispielsweise kann dies mit einer Multiply-Accumulate-Einheit, MAC-Einheit, durchgeführt werden. Damit kann ein Entwicklungsaufwand reduziert werden, beispielsweise wenn mittels Festkomma-Arithmetik das Verfahren in einem solchen eingebetteten System implementiert wird.
Im Gegensatz zu IIR-Filtern, also Filtern mit einer unendlichen Impulsantwort, kann eine garantierte Aussage getroffen werden, nach welcher Übergangsdauer die Änderung in der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks beim wirklichen Pedaliieren durch den Fahrer sich in der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung oder dem bestimmten Kurbelwinkelruck, bestimmt aus der Zustandsinformation, niederschlägt. Eine solche endliche Übergangsdauer kann bestimmt werden. Ein Verfahren mit einem IIR-Filter kann beispielsweise numerisch instabil sein und beispielsweise zu einem Überschwingen beim Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung oder des Kurbelwinkelrucks führen. Damit kann eine Zeit, bis zu der die bestimmte Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der bestimmte Kurbelwinkelruck einen jeweiligen finalen Wert erreicht, über eine maximale Setzdauer definiert werden. Damit kann ein Entwicklungsaufwand für ein solches, hier beschriebenes Verfahren minimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das FIR-Filter ein algebraischer numerischer Differenzierer ist. Ein Beispiel sowie weitere Erläuterung für einen algebraischen numerischen Differenzierer, auch bezeichnet als Ableitungsschätzer, sind den folgenden Dokumenten zu entnehmen: Algebraische Ableitungsschätzer in Theorie und Anwendung, Lothar Kiltz, 2017 Saarbrücken; Survey on algebraic numerical differentiation: historical developments, parametrization, examples, and applications, Othmane, Kiltz, Rudolph, 2022, International Journal of Systems Science. Der algebraische numerische Differenzierer kann für eine algebraische numerische Differentiation verwendet werden. Gemäß einer approximationstheoretischen Interpretation der algebraischen numerischen Differentiation kann die gesuchte einfache oder mehrfache zeitliche Ableitung des Zustandsinformation lokal durch ein Polynom approximiert werden. Das Polynom kann zu dem Zeitpunkt, an dem es lokal die gesuchte zeitliche Ableitung der Zustandsinformation approximiert, ausgewertet werden. Für einen bestimmten Zeitbereich können die Schritte des lokalen Approximierens durch ein Polynom und das Auswerten des Polynoms zu einem bestimmten Zeitpunkt für verschiedene Zeitpunkte wiederholt werden. Dadurch kann eine numerische Differentiation der Messwerte der Zustandsinformation durchgeführt werden.
Das Bestimmen der ersten, zweiten oder dritten zeitlichen Ableitung der Zustandsinformation kann für diskrete Werte der Zustandsinformation als Funktion der Zeit numerisch und nicht analytisch durchgeführt werden. Ein solcher algebraischer numerischer Differenzierer kann einen guten Kompromiss für eine Ableitung der Zustandsinformation mit guter Rauschunterdrückung und Genauigkeit zum Bestimmen der ersten, zweiten oder dritten zeitlichen Ableitung der Zustandsinformation, und damit zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des Kurbelwinkelrucks darstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das FIR-Filter ein Savitzky-Golay-Filter ist. Gemäß einer Ausführungsform kann der algebraische numerische Differenzierer ein Savitzky-Golay-Filter sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das lineare und zeitinvariante differenzierende Tiefpassfilter ein Savitzky-Golay-Filter sein. Mit einem solchen Savitzky-Golay-Filter kann das Verfahren ein Verfahren zum Glätten basierend auf einer polynomialen Approximation gemäß der Methode der kleinsten Quadrate sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass für das Steuern des Antriebsmotors ein Bestimmen in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt wird, ob die Kurbel des Fahrzeugs bewegt wird. Ein Bewegen der Kurbel kann ein Rotieren der Kurbel im Lager des Fahrzeugs sein. Die über die approximative Ableitung des Signals zur Zustandsinformation als Funktion der Zeit bestimmte zeitliche Ableitung der Zustandsinformation, also beispielsweise die Kurbelwinkelbeschleunigung oder der Kurbelwinkelruck, kann somit verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Fahrer pedaliert oder nicht. Beispielsweise kann die bestimmte Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der bestimmte Kurbelwinkelruck mit einem Schwellwert verglichen werden und basierend auf dem Vergleich kann bestimmt werden, ob sich die Kurbel bewegt oder nicht. Wenn der Fahrer pedaliert, ändert sich im Laufe einer Kurbelumdrehung die Kurbelwinkelbeschleunigung und der Kurbelwinkelruck. Wenn die Kurbelwinkelbeschleunigung oder der Kurbelwinkelruck beispielsweise oberhalb eines bestimmten ersten Schwellwerts ist, kann bestimmt werden, dass der Fahrer mit dem Pedalieren begonnen hat. Dann wird beispielsweise bestimmt, dass die Kurbel bewegt wird und der Fahrer pedaliert. Damit kann ein Beginnen des Pedalierens erkannt werden. Wenn die Kurbelwinkelbeschleunigung oder der Kurbelwinkelruck unterhalb eines bestimmten zweiten Schwellwerts ist, kann bestimmt werden, der Fahrer mit dem Pedalieren aufgehört hat. Dann wird beispielsweise bestimmt, dass die Kurbel nicht mehr bewegt wird und der Fahrer nicht mehr pedaliert. Damit kann ein Beenden des Pedalierens erkannt werden. Beispielsweise kann der Antriebsmotor eine Unterstützung bereitstellen, wenn bestimmt wurde, dass die Kurbel bewegt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass der Antriebsmotor eingerichtet sein kann, Antriebskraft zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs beim Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Steuern kann ein Zuschalten und alternativ oder zusätzlich ein Abschalten der Unterstützung durch den Antriebsmotor aufweisen. Beispielsweise kann, wenn bestimmt wurde, dass der Fahrer pedaliert, das Zuschalten der Unterstützung durchgeführt werden. Wenn bestimmt wurde, dass der Fahrer nicht pedaliert, kann das Abschalten der Unterstützung durchgeführt werden. Dafür kann ein Vergleichen der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des bestimmten Kurbelwinkelrucks mit eine ersten und einem zweiten Schwellwert durchgeführt werden. Der erste und der zweite Schwellwert können gleich oder unterschiedlich sein. Damit kann die Unterstützung des Fahrers durch den Antriebsmotor beim Antreiben des Fahrzeugs zugeschaltet und abgeschaltet werden. Dies kann in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des bestimmten Kurbelwinkelrucks durchgeführt werden, beispielsweise nur in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich des bestimmten Kurbelwinkelrucks. Alternativ kann die Unterstützung zusätzlich in Abhängigkeit von weiteren Zustandsgrößen oder Messgrößen des Fahrzeugs zugeschaltet und abgeschaltet werden. Eine solche weitere Messgröße oder Zustandsgröße kann beispielsweise eine Kadenz der Kurbel sein.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann ferner einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen von Zustandsinformation aufweisen. Ein Sensor kann beispielsweise ein Kurbelwinkelsensor oder ein Kadenzsensor sein. Der Sensor kann an der Kurbel oder an dem Rahmen angeordnet sein.
Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, ein Verfahren nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung auszuführen. Eine solche Steuereinrichtung mit einem solchen Sensor kann besonders günstig und bauraumeffizient ausgestaltet sein. Weitere Sensoren neben dem einen oder mehreren Sensoren zum Erfassen der Zustandsinformation können nicht notwendig sein, um das Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich das Bestimmen des Kurbelwinkelrucks auszuführen.
Die Steuereinrichtung kann ferner zum Steuern eines Antriebsmotors eines Fahrzeugs eingerichtet sein. Dazu kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, einen Steuerparameter in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich von dem bestimmten Kurbelwinkelruck zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann mit dem Antriebsmotor kommunikativ verbunden sein. Ferner kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, den bestimmten Steuerparameter zum Steuern des Antriebsmotors an den Antriebsmotor zu senden. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungen und Vorteile des zweiten Aspekts Merkmale, Ausführungen und Vorteile des ersten Aspekts dar.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Steuereinrichtung nach einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Ferner weist der Antriebsstrang einen Antriebsmotor und eine Kurbel auf. Der Antriebsstrang kann frei von weiteren Sensoren sein. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungen und Vorteile des dritten Aspekts Merkmale, Ausführungen und Vorteile des ersten und zweiten Aspekts dar.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang nach einer Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Das muskelkraftbetriebene Fahrzeug kann ein Fahrrad, ein E-Bike, ein Pedelec oder ein Lastenfahrrad sein. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bis dritten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungen und Vorteile des vierten Aspekts Merkmale, Ausführungen und Vorteile des ersten bis dritten Aspekts dar.
Gemäß einer Ausführungsform kann das muskelkraftbetriebene Fahrzeug dadurch gekennzeichnet sein, dass die Steuereinrichtung in einem Gehäuse mit dem Antriebsmotor integriert sein kann. Das Gehäuse kann mechanisch mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbunden sein, beispielsweise mit einem Unterrohr des als Zweirad ausgebildeten Fahrzeugs. Der Sensor zum Erfassen der Zustandsinformation kann außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Alternativ kann der Sensor zum Erfassen der Zustandsinformation in dem Gehäuse integriert sein. Beispielsweise kann zumindest einer von dem Kurbelwinkelsensor und dem Kadenzsensor in dem Gehäuse integriert sein. Damit kann ein Schutz der Steuereinrichtung und beispielsweise der Sensoren vor physischen Einwirkungen erreicht werden.

1 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsmotors eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs.
2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer Steuereinrichtung zum Ausführen von Schritten des schematisch in 1 gezeigten Verfahrens.

1 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsmotors 4 eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs 2. 2 zeigt schematisch das muskelkraftbetriebene Fahrzeug 2. In der gezeigten Ausführungsform ist das muskelkraftbetriebene Fahrzeug 2 ein Pedelec mit einem als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor 4. In einer alternativen Ausführungsform ist das Fahrzeug 2 ein Lastenrad.
Das Fahrzeug 2 weist einen Antriebsstrang mit einer Steuereinrichtung 6 sowie dem Antriebsmotor 4 und einer Kurbel 8 auf. Das Fahrzeug 2 weist nicht weiter gezeigte Pedale auf. Die Pedale sind über Kurbelarme mit der Kurbel 8 verbunden. Ein Fahrer des Fahrzeugs 2 kann Muskelkraft über die Pedale auf die Kurbel 8 aufbringen und diese Muskelkraft kann zum Antreiben des Fahrzeugs 2 verwendet werden. Der Antriebsmotor 4 ist eingerichtet, Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs aufzubringen und damit Antriebskraft zur Unterstützung des Fahrers beim Antrieben des Fahrzeugs 2 bereitzustellen. Die Steuereinrichtung 6 ist kommunikativ mit dem Antriebsmotor 4 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 und der Antriebsmotor 4 sind in einem Gehäuse 12 integriert. Das Gehäuse 12 ist mechanisch mit einem Rahmen des Fahrzeugs 2 verbunden.
Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Kurbelwinkelsensor 10 auf. Der Kurbelwinkelsensor 10 ist zum Erfassen S0.1 eines Kurbelwinkels der Kurbel 8 eingerichtet. Der Kurbelwinkel wird als Zustandsinformation der Kurbel 8 als Messgröße erfasst. Dabei werden Messwerte des Kurbelwinkels als Funktion der Zeit erfasst. Dabei wird das Erfassen S0.1 mit einer konstanten Abtastrate durchgeführt, also mit einer zeitlich konstanten Abtastrate für ein konstant zyklisches Erfassen S0.1 des Kurbelwinkels der Kurbel 8. Im Schritt des Erfassens S0.1 werden zeitlich äquidistant beabstandete Messwerte des Kurbelwinkels erfasst.
Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Kadenzsensor 11 auf. Der Kadenzsensor 11 ist zum Erfassen S0.2 einer Kurbelwinkelgeschwindigkeit der Kurbel 8 eingerichtet. Die Kurbelwinkelgeschwindigkeit wird als Kadenz bezeichnet. Die Kurbelwinkelgeschwindigkeit wird als Zustandsinformation der Kurbel 8 als Messgröße erfasst. Dabei werden Messwerte der Kurbelwinkelgeschwindigkeit als Funktion der Zeit erfasst. Dabei wird das Erfassen S0.2 mit einer konstanten Abtastrate durchgeführt, also mit einer zeitlich konstanten Abtastrate für ein konstant zyklisches Erfassen S0.2 der Kurbelwinkelgeschwindigkeit der Kurbel 8. Im Schritt des Erfassens S0.2 werden zeitlich äquidistant beabstandete Messwerte der Kurbelwinkelgeschwindigkeit erfasst.
In der gezeigten Ausführungsform weist das Fahrzeug 2 sowohl den Kurbelwinkelsensor 10 als auch den Kadenzsensor 11 auf. In einer alternativen Ausführungsform weist das Fahrzeug 2 entweder den Kurbelwinkelsensor 10 oder den Kadenzsensor 11 auf.
Das Verfahren weist ein Einlesen S1 von Zustandsinformation der Kurbel 8 des muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs 2 auf. Es wird der zuvor im Schritt des Erfassens S0.1 erfasste Kurbelwinkel eingelesen. Es wird die zuvor im Schritt des Erfassens S0.2 erfasste Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingelesen. Es werden also gemessene und erfasste zeitabhängige Messwerte des Kurbelwinkels und der Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingelesen. Die Zustandsinformation wird als diskrete Funktion der Zeit eingelesen.
Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen S2 von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck der Kurbel 8. Das Bestimmen S2 wird in einem numerischen Verfahren in Abhängigkeit von der eingelesenen Zustandsinformation durchgeführt. Das Bestimmen S2 weist ein zeitliches Differenzieren auf.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform wird als Zustandsinformation sowohl der erfasste Kurbelwinkel als auch die erfasste Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingelesen. Zum Bestimmen S2 der Kurbelwinkelbeschleunigung weist das Verfahren ein zweifaches zeitliches Differenzieren des eingelesenen Kurbelwinkels auf. Zum Bestimmen S2 der Kurbelwinkelbeschleunigung weist das Verfahren ein einfaches zeitliches Differenzieren der eingelesenen Kurbelwinkelgeschwindigkeit auf. In der Ausführungsform wird somit die Kurbelwinkelbeschleunigung basierend auf zwei unterschiedlichen Messgrößen, dem Kurbelwinkel und der Kurbelwinkelgeschwindigkeit, bestimmt. Damit wird erreicht, dass die Kurbelwinkelbeschleunigung exakter bestimmt werden kann, indem die einzelnen Ergebnisse miteinander verglichen werden.
Zum Bestimmen S2 des Kurbelwinkelrucks weist das Verfahren ein dreifaches zeitliches Differenzieren des eingelesenen Kurbelwinkels auf. Zum Bestimmen S2 des Kurbelwinkelrucks weist das Verfahren ein zweifaches zeitliches Differenzieren der eingelesenen Kurbelwinkelgeschwindigkeit auf. In der Ausführungsform wird somit der Kurbelwinkelruck basierend auf zwei unterschiedlichen Messgrößen, dem Kurbelwinkel und der Kurbelwinkelgeschwindigkeit, bestimmt. Damit wird erreicht, dass der Kurbelwinkelruck exakter bestimmt werden kann, indem die einzelnen Ergebnisse miteinander verglichen werden.
In der gezeigten Ausführungsform wird ein Bestimmen S2 sowohl der Kurbelwinkelbeschleunigung als auch des Kurbelwinkelrucks durchgeführt. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Bestimmen S2 entweder der Kurbelwinkelbeschleunigung oder des Kurbelwinkelrucks durchgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform wird als Zustandsinformation entweder der Kurbelwinkel oder die Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingelesen. In einer solchen Ausführungsform wird auf einen von dem Kurbelwinkelsensor 10 und dem Kadenzsensor 11 verzichtet. In einer solchen Ausführungsform wird entweder ein Erfassen S0.1 des Kurbelwinkels oder ein Erfassen S0.2 der Kurbelwinkelgeschwindigkeit durchgeführt. Das Bestimmen S2 der Kurbelwinkelbeschleunigung oder des Kurbelwinkelrucks weist dann auch nur genau ein Differenzieren auf. Je nachdem, welche Zustandsinformation eingelesen wird und welche Größe, Kurbelwinkelbeschleunigung oder Kurbelwinkelruck, bestimmt wird, wird entweder ein entweder ein einfaches, zweifaches oder dreifaches Differenzieren durchgeführt. Auf weitere Schritte des Differenzierens wird in einer solchen Ausführungsform verzichtet. Die Kurbelwinkelbeschleunigung und alternativ oder zusätzlich der Kurbelwinkelruck können jeweils mit genau einem einfachen, zweifachen oder dreifachen Differenzieren bestimmt werden. Damit ist ein solches System weniger komplex und der Rechenaufwand zum Bestimmen S2 der Kurbelwinkelbeschleunigung oder des Kurbelwinkelrucks ist kleiner. Zudem kann auf einen der Sensoren verzichtet werden. In dieser alternativen Ausführungsform werden entweder sowohl die Kurbelwinkelbeschleunigung als aus der Kurbelwinkelruck bestimmt, oder es wird entweder die Kurbelwinkelbeschleunigung oder der Kurbelwinkelruck bestimmt.
Dabei ist das numerische Verfahren eine differenzierende Tiefpassfilterung zum näherungsweisen Bestimmen von zumindest einem von der Kurbelwinkelbeschleunigung und dem Kurbelwinkelruck. Das Bestimmen S2 von zumindest einem von der Kurbelwinkelbeschleunigung und dem Kurbelwinkelruck wird mittels eines differenzierenden Tiefpassfilters durchgeführt. Das differenzierende Tiefpassfilter ist ein lineares und zeitinvariantes Filter. Damit ist die differenzierende Tiefpassfilterung linear und zeitinvariant.
Das differenzierende Tiefpassfilter für die lineare und zeitinvariante Tiefpassfilterung ist ein FIR-Filter. Dieses FIR-Filter ist als Faltungssumme implementiert und ist in der gezeigten Ausführungsform als gewichtete Summe endlich vieler Werte der Zustandsinformation als Funktion der Zeit darstellbar. Damit ist ein solches FIR-Filter garantiert numerisch stabil. Das FIR-Filter ist ein algebraischer numerischer Differenzierer. In der gezeigten Ausführungsform ist das FIR-Filter ein Savitzky-Golay-Filter.
Nachdem zumindest eines von der Kurbelwinkelbeschleunigung und dem Kurbelwinkelruck näherungsweise bestimmt worden ist, wird das Steuern S3 des Antriebsmotors 4 des Fahrzeugs 2 durchgeführt. Dieses Steuern S3 wird in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt. In der gezeigten Ausführungsform wird das Steuern S3 sowohl in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung als auch in Abhängigkeit von dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt. Damit wird das Steuern S3 des Antriebsmotors 4 exakt durchgeführt. In einer alternativen Ausführungsform wird das Steuern S3 des Antriebsmotors 4 entweder in Abhängigkeit von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung oder in Abhängigkeit von dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt. Damit kann auf ein Bestimmen S2 von einer der beiden Größen verzichtet werden.
Für das Steuern S3 des Antriebsmotors 4 wird ein Bestimmen S3.0 in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt, ob die Kurbel 8 des Fahrzeugs 2 bewegt wird. Ein Bewegen der Kurbel 8 ist in diesem Fall ein Drehen oder Rotieren der Kurbel 8. Beim Bestimmen S3.0 wird bestimmt, ob der Fahrer mit dem Pedalieren beginnt oder das Pedalieren beendet. Daraus wird bestimmt, ob die Kurbel 8 bewegt wird und der Fahrer pedaliert. Wird beispielsweise bestimmt, dass sich die Kurbel 8 nicht bewegt, so erfolgt das Steuern S3 des Antriebsmotors anders, als wenn bestimmt wird, dass sich die Kurbel 8 bewegt. So wird der Antriebsmotor 4 mit einem Zieldrehmoment angesteuert, welches gleich null ist, wenn bestimmt wird, dass sich die Kurbel 8 nicht bewegt. Wird bestimmt, dass sich die Kurbel 8 bewegt, so wird der Antriebsmotor 4 mit einem Zieldrehmoment ungleich null angesteuert.
Das Steuern S3 weist ein Zuschalten S3.1 der Unterstützung durch den Antriebsmotor 4 auf. Wird bestimmt, dass die Kurbel 8 bewegt wird, wird das Zuschalten S3.1 der Unterstützung durchgeführt. Dann wird Antriebskraft vom Antriebsmotor 4 zum Antreiben des Fahrzeugs 2 bereitgestellt. Der Fahrer wird beim Antreiben des Fahrzeugs 2 entlastet, und zwar dann, wenn der Fahrer pedaliert.
Das Steuern S3 weist ein Abschalten S3.2 der Unterstützung durch den Antriebsmotor auf. Wird bestimmt, dass die Kurbel 8 nicht bewegt wird, wird das Abschalten S3.2 der Unterstützung durchgeführt. Dann wird keine Antriebskraft vom Antriebsmotor 4 zum Antreiben des Fahrzeugs 2 bereitgestellt. Der Fahrer wird beim Antreiben des Fahrzeugs 2 nicht entlastet, etwa weil der Fahrer nicht pedaliert.
Zum Ausführen der Schritte des Verfahrens sind die Steuereinrichtung 6, der Kurbelwinkelsensor 10 und der Kadenzsensor 11 eingerichtet. In einer alternativen Ausführungsform ist zum Ausführen der Schritte des Verfahrens die Steuereinrichtung 6 zusammen mit einem von dem Kurbelwinkelsensor 10 und dem Kadenzsensor 11 eingerichtet.
Die Steuereinrichtung 6 mit dem Kurbelwinkelsensor 10 und dem Kadenzsensor 11 ist damit platz- und bauraumsparend ausgebildet, indem auf weitere Sensoren verzichtet wird. Dennoch werden mit dem Verfahren zumindest eines von der Kurbelwinkelbeschleunigung und dem Kurbelwinkelruck zum Steuern S3 des Antriebsmotors 4 bestimmt. Ferner ist eine solche Steuereinrichtung 6 mit solchen Sensoren 10, 11 einfacher wartbar und günstiger in Anschaffung und Unterhalt verglichen mit einem Fahrzeug 2 mit weiteren Sensoren zum direkten Erfassen weiterer Größen zum Steuern S3 des Antriebsmotors 4. Zudem sind mit einem solchen Verfahren die Kurbelwinkelgeschwindigkeit und der Kurbelwinkelruck als Zustandsgrößen des Fahrzeugs 2 bestimmbar. Das Steuern S3 des Antriebsmotors 4 in Abhängigkeit von zumindest einer der beiden Größen erfolgt genauer verglichen mit herkömmlichen Verfahren zum Steuern von Antriebsmotoren. Gleichzeitig ist das dafür notwendige Bestimmen S2 zumindest einer der beiden Größen durch das numerische Verfahren recheneffizient.
Bezugszeichen

2: Fahrzeug
4: Antriebsmotor
6: Steuereinrichtung
8: Kurbel
10: Kurbelwinkelsensor
11: Kadenzsensor
12: Gehäuse
S0.1: Erfassen eines Kurbelwinkels
S0.2: Erfassen einer Kurbelwinkelgeschwindigkeit
S1: Einlesen von Zustandsinformation der Kurbel
S2: Bestimmen von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck
S3: Steuern des Antriebsmotors
S3.0: Bestimmen, ob die Kurbel des Fahrzeugs bewegt wird
S3.1: Zuschalten einer Unterstützung durch den Antriebsmotor
S3.2: Abschalten der Unterstützung durch den Antriebsmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10 2017 103 735 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Algebraische Ableitungsschätzer in Theorie und Anwendung, Lothar Kiltz, 2017 Saarbrücken; Survey on algebraic numerical differentiation: historical developments, parametrization, examples, and applications, Othmane, Kiltz, Rudolph, 2022, International Journal of Systems Science [0032]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors (4) eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs (2) mit den Schritten: Einlesen (S1) von Zustandsinformation einer Kurbel (8) des muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs (2); Bestimmen (S2) von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem Kurbelwinkelruck mit einem numerischen Verfahren in Abhängigkeit von der eingelesenen Zustandsinformation; und Steuern (S3) des Antriebsmotors (4) in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsinformation einen Kurbelwinkel der Kurbel (8) aufweist und dass ein Erfassen (S0.1) des Kurbelwinkels mit einem Kurbelwinkelsensor (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsinformation eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit der Kurbel (8) aufweist und dass ein Erfassen (S0.2) der Kurbelwinkelgeschwindigkeit mit einem Kadenzsensor (11) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen (S0.1; S0.2) von Zustandsinformation mit einer konstanten Abtastrate durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das numerische Verfahren eine differenzierende Tiefpassfilterung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die differenzierende Tiefpassfilterung linear und zeitinvariant ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter für die lineare und zeitinvariante Tiefpassfilterung ein FIR-Filter ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das FIR-Filter ein algebraischer numerischer Differenzierer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das FIR-Filter ein Savitzky-Golay-Filter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Steuern (S3) des Antriebsmotors (4) ein Bestimmen (S3.0) in Abhängigkeit von zumindest einem von der bestimmten Kurbelwinkelbeschleunigung und dem bestimmten Kurbelwinkelruck durchgeführt wird, ob die Kurbel (8) des Fahrzeugs (2) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) eingerichtet ist, Antriebskraft zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs (2) beim Antreiben des Fahrzeugs (2) bereitzustellen und dass das Steuern (S3) ein Zuschalten (S3.1) und ein Abschalten (S3.2) der Unterstützung durch den Antriebsmotor (4) aufweist.
Steuereinrichtung (6), welche eingerichtet ist, ein Verfahren der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Antriebsstrang mit einer Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 12 sowie mit einem Antriebsmotor (4) und mit einer Kurbel (8).
Muskelkraftbetriebenes Fahrzeug (2) mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 13.
Muskelkraftbetriebenes Fahrzeug (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) in einem Gehäuse (12) mit dem Antriebsmotor (4) integriert ist und das Gehäuse (12) mechanisch mit einem Rahmen des Fahrzeugs (2) verbunden ist.