DE102024203303A1

DE102024203303A1 - Method and control device for controlling a drive motor of a muscle-powered vehicle

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. A method for controlling a drive motor (4) of a human-powered vehicle (2) is described. The method comprises reading in (S1) state information of a crank (8) of the human-powered vehicle (2) and determining (S2) at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk using a numerical method as a function of the read-in state information. The method further comprises controlling (S3) the drive motor (4) as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk. A control device (6) for carrying out such a method is also described. A drive train having such a control device (6) and a human-powered vehicle (2) having such a drive train are also described.

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.The present invention relates to a method for controlling a drive motor of a human-powered vehicle. The drive motor is controlled as a function of at least one of a specific crank angle acceleration of a crank of the vehicle and a specific crank angle jerk of the crank. The present invention further relates to a control device configured to carry out such a method. Furthermore, the present invention relates to a drive train having such a control device and to a human-powered vehicle having such a drive train.

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.Some methods for controlling electric motors of human-powered vehicles, such as e-bikes, use information on the crank angle acceleration of a vehicle's crank and, alternatively or additionally, information on the crank angle jerk of the crank. Both the crank angle acceleration and the crank angle jerk must be determined for this purpose. The state of the art is based on the DE 10 2017 103 735 A1 For example, it is known that a crank angular acceleration is determined by differentiating a rotational speed of the crank.

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.The object of the invention is to provide a method for controlling a drive motor of a human-powered vehicle that is improved based on the prior art. This object is achieved by the subject matter having the features of the independent patent claims. Further developments are set out in the subclaims.

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.In a first aspect, the present invention relates to a method for controlling a drive motor of a muscle-powered vehicle. The control can be a control and alternatively or additionally a regulation of the drive motor. To control the drive motor, at least one control parameter can be determined. The drive motor can be controlled using the determined control parameter. The drive motor can be an electric motor. The drive motor can be configured to provide drive power to assist the driver of the vehicle in driving the vehicle. The drive motor can be used to relieve the driver's workload while driving and, alternatively or additionally, to increase the vehicle's range. The drive motor can be configured to provide drive power to relieve the driver's workload. For example, drive power provided by the driver as muscle power on the one hand and drive power provided by the drive motor on the other can be used to drive the vehicle. The drive power provided by the drive motor can relieve the driver's workload.

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.The vehicle can be a bicycle, an e-bike, a pedelec, or a cargo bike. The vehicle can have a crank with a pedal crankshaft. The crank can be rotatably mounted in a frame of the vehicle. Crank arms can be non-rotatably connected to the pedal crankshaft, and a pedal can be rotatably mounted at one end of each crank arm. The pedal crankshaft can be a pedal crankshaft. The rider can apply muscle power as the driving force via the pedals and thus to the crank to propel the vehicle.

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.Some or all steps of the method can be performed by at least one device of the vehicle, for example, by a control device of the vehicle. The method can be a computer-implemented method.

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.The method comprises reading in state information of the crank of the human-powered vehicle. Reading in state information can be reading in at least one piece of state information, for example, exactly one piece of state information or multiple pieces of state information. The state information can include measured values for one or more states of the crank as a function of time. For example, state information of the crank can include a temporal profile of at least one state of the crank. The state information can be a measured variable that can be measured, for example, with a sensor. For example, measured values for the state of the crank can be present in a time-discrete manner, for example as a temporal signal. The individual measured values can be spaced equidistantly in time. While the driver of the vehicle is pedaling, the state of the crank can change. Information about this changing state as a function of time can be read in when reading in state information of the crank.

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.Furthermore, the method comprises determining at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk using a numerical method as a function of the read-in state information. The determination of the crank angle acceleration and alternatively or additionally the determination of the crank angle jerk using the numerical method can be an approximate determination or estimation. The numerical method can, for example, comprise a temporal differentiation of the state information of the crank read in as a temporal signal. The numerical method can be a They can have a multiple, such as double or triple, temporal differentiation. For example, a single, double, and alternatively or additionally a triple temporal derivative of the state information present as a temporal signal can be determined.

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.The method further comprises controlling the drive motor as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk. For example, the determined crank angle acceleration and alternatively or additionally the determined crank angle jerk can be used as parameters of a speed control and alternatively or additionally of a speed regulation of the drive motor, for example in order to improve the accuracy of the speed control and alternatively or additionally of the speed regulation. Alternatively or additionally, the determined crank angle acceleration and alternatively or additionally the determined crank angle jerk can be used as parameters of a torque control and alternatively or additionally of a torque regulation of the drive motor, for example in order to improve the accuracy of the torque control and alternatively or additionally of the torque regulation. The control of the drive motor can be carried out as a function of further parameters, which can be determined, for example, based on further measured variables.

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.Such a method allows for at least an approximate determination of at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk. The determination is performed using a numerical method. Such a method can represent a good compromise between noise suppression and accuracy for determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk without the need for an additional sensor.

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.This means that no dedicated sensor is required to determine the crank angle acceleration and crank angle jerk. A method for controlling a drive motor with crank angle acceleration determined in this way and, alternatively or additionally, crank angle jerk determined in this way is thus possible in many vehicles that do not have such a dedicated sensor. Furthermore, such a method can reduce the number of electrical interfaces in the vehicle, since such a dedicated sensor is no longer necessary. This allows for simplified system integration of a control device executing the method in the vehicle with additional sensors. This makes it possible to reduce the number of error sources for such a method and for a control device executing the method.

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.By determining at least one of the crank angle acceleration and the crank angle jerk, for example, the start and, alternatively or additionally, the end of the rider's pedaling can be detected. The drive motor can be controlled depending on the detected start and, alternatively or additionally, depending on the detected end of the pedaling.

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.In addition, the state variable of crank angle acceleration and, alternatively or additionally, crank angle jerk can be determined using such a method. This state variable can then be used to control the vehicle's drive motor. This allows for more precise control.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the state information comprises a crank angle of the crank. For example, a temporal signal with equidistantly spaced, time-discrete measured values for the crank angle can be read in as state information. Furthermore, the crank angle can be detected using a crank angle sensor. For example, a temporal profile of the crank angle can be detected, for example in the form of a temporal signal. The vehicle can have the crank angle sensor. The crank angle sensor can be communicatively connected to the control device. The detection of the crank angle can be performed before the state information is read in. For example, the detection of the crank angle is performed for the purpose of reading in the state information. In the step of reading in state information, the crank angle detected with the crank angle sensor can be read in.

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.Determining the crank angle acceleration may include determining a two-time derivative of the crank angle. Determining the crank angle jerk may include determining a three-time derivative of the crank angle.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the state information comprises a crank angle speed of the crank. The crank angle speed can be a cadence of the crank. For example, a temporal signal with equidistant, time-discrete measured values for the crank angle speed can be read in as state information. Furthermore, a detection of the crank angle speed with a cadence sensor. For example, a temporal profile of the crank angle speed can be recorded, for example in the form of a temporal signal. The vehicle can have the cadence sensor. The cadence sensor can be communicatively connected to the control device. The recording of the crank angle speed can be performed before the status information is read in. For example, the recording of the crank angle speed is performed for the purpose of reading in the status information. In the step of reading in the status information, the crank angle speed recorded with the cadence sensor can be read in.

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.Determining the crank angle acceleration may include determining a simple time derivative of the crank angle velocity. Determining the crank angle jerk may include determining a double time derivative of the crank angle velocity.

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.Thus, the method can be implemented by a control device having a crank angle sensor and, alternatively or additionally, a cadence sensor for detecting status information. A crank angle sensor and, alternatively or additionally, a cadence sensor for detecting status information are already present in many human-powered vehicles, for example. Additional sensors and the information and measured values detected by these sensors are therefore not necessary to implement the method. This makes it possible to provide a particularly cost-effective method, since such a method is, for example, dependent solely on a crank angle sensor and, alternatively or additionally, a cadence sensor for detecting status information.

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.With such a method, the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk can be determined based on a measurement signal using numerical methods such as numerical differentiation. If the determination of the crank angle velocity and, alternatively or additionally, the crank angle jerk is carried out based on the detected crank angle, an additional cadence sensor can be omitted. This can reduce system complexity. Alternatively, only a cadence sensor can be present, and a crank angle sensor can be omitted. This can reduce system complexity.

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.If the determination of the crank angle velocity and, alternatively or additionally, the crank angle jerk is performed as a function of the detected crank angle velocity, the determination of an additional time derivative can be omitted. This can reduce the computational effort of the method.

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.According to a further embodiment, the acquisition of state information can be performed at a constant sampling rate. The acquisition of the crank angle and, alternatively or additionally, the acquisition of the crank angular velocity can be performed at a constant sampling rate. The acquisition can be performed cyclically and thus, for example, periodically.

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.By acquiring state information at a constant sampling rate, a temporal progression of measured values of the state information with measured values spaced equidistant in time can be acquired. The numerical method can thus be a method specifically designed for such a temporal progression. For example, the determination method can comprise differentiating a temporal signal with measured values spaced equidistant in time. The differentiation can thus be specifically designed for temporal progressions with measured values spaced equidistant in time. For example, the determination can comprise only a single and, alternatively or additionally, multiple temporal differentiation of a temporal signal with measured values spaced equidistant in time. For example, differentiating may only be possible for a temporal signal with measured values spaced equidistant in time. For example, it is thus possible to dispense with the use of a more complex, computationally intensive method for determining the crank angle acceleration and alternatively or additionally the crank angle jerk, which is set up to determine and, for example, differentiate a temporal signal with measured values that are not spaced equidistant in time.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the numerical method is a differentiating low-pass filter. A differentiating low-pass filter can be used for the differentiating low-pass filter. According to a systems-theoretical interpretation, determining the single or multiple time derivative of the state information using such a differentiating low-pass filter can be the numerical method for determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk as a function of the state information.

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.Such a method may provide a more accurate numerical method for determining the crank angle acceleration and alternatively or additionally of the crank angle jerk from the state information than using a difference quotient. A single-order or multiple-order difference quotient of the state information as a function of time for determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk may be less accurate than such differentiating low-pass filtering. Subsequent low-pass filtering of a value of the crank angle acceleration or crank angle jerk determined from the time-dependent state information using a difference quotient may also be less accurate than determining the single or multiple time derivative of the state information using differentiating low-pass filtering.

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.In alternative methods, low-pass filtering is performed first, followed by the simpler or higher-order difference quotient calculation. Applying the difference quotient in this way, possibly with downstream or upstream low-pass filters, often amplifies the measurement noise, and aliasing effects can occur as a result of the difference quotient. These aliasing effects cannot be compensated for even by the downstream low-pass filter. The method presented here can thus prevent such aliasing effects from occurring.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the differentiating low-pass filtering is linear and time-invariant. The differentiating low-pass filter can be a linear and time-invariant filter. The low-pass filter can exhibit a linear transfer behavior while behaving in a time-invariant manner, i.e., filter independently of time.

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.This allows for effective suppression of measurement noise when determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk. The measurement noise can be captured when acquiring the state information. This allows for high accuracy in determining the time derivative of the state information and thus in determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk. At the same time, the state information can be differentiated as a function of time, for example, the crank angle or the cadence, and this differentiated signal can be smoothed, filtering out measurement noise.

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. According to a further embodiment, the method can be characterized in that a filter for the linear and time-invariant low-pass filtering is an FIR filter. The FIR filter has, for example, an impulse response with a finite length.

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.A method that uses such a FIR filter as a differentiating low-pass filter can be guaranteed to be numerically stable when determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk. The differentiating low-pass filter can be implemented as a convolution sum, for example, as a weighted sum of a finite number of measured values of the state information. This avoids the need for recursion to determine the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk. Recursion could lead to unstable behavior of the method. The method can thus be computationally efficient and stably executed.

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.Furthermore, the method can react quickly to changing values of the state information. This can be relevant if the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the determined crank angle jerk are used, for example, for a safety function, and thus a short response time is necessary. The convolution sums can be efficiently calculated in a control device executing the method, such as in an embedded system in a vehicle. For example, this can be done using a multiply-accumulate unit (MAC unit). This can reduce development effort, for example, if the method is implemented in such an embedded system using fixed-point arithmetic.

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.In contrast to IIR filters, i.e. filters with an infinite impulse response, a guaranteed statement can be made regarding the transition period after which the change in the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk during actual pedaling by the driver is reflected in the determined crank angle acceleration or the determined crank angle jerk, determined from the state information. Such a finite transition period can be determined. A method using an IIR filter can, for example, be numerically unstable and lead to overshoot when determining the crank angle acceleration or the crank angle jerk. This allows the time until the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the determined crank angle jerk reach a respective final value to be defined via a maximum setting period. This can minimize the development effort for a method such as the one described here.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the FIR filter is an algebraic numerical differentiator. An example and further explanation for an algebraic numerical differentiator, also referred to as a derivative estimator, can be found in the following documents: Algebraic derivative estimators in theory and application, Lothar Kiltz, 2017 Saarbrücken; Survey on algebraic numerical differentiation: historical developments, parameterization, examples, and applications, Othmane, Kiltz, Rudolph, 2022, International Journal of Systems Science The algebraic numerical differentiator can be used for algebraic numerical differentiation. According to an approximation-theoretic interpretation of algebraic numerical differentiation, the desired single or multiple time derivative of the state information can be locally approximated by a polynomial. The polynomial can be evaluated at the time at which it locally approximates the desired time derivative of the state information. For a specific time range, the steps of locally approximating by a polynomial and evaluating the polynomial at a specific time can be repeated for different times. This allows numerical differentiation of the measured values of the state information to be performed.

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.Determining the first, second, or third time derivative of the state information can be performed numerically rather than analytically for discrete values of the state information as a function of time. Such an algebraic numerical differentiator can represent a good compromise for deriving the state information with good noise suppression and accuracy for determining the first, second, or third time derivative of the state information, and thus for determining the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the crank angle jerk.

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.According to another embodiment, the method may be characterized in that the FIR filter is a Savitzky-Golay filter. According to one embodiment, the algebraic numerical differentiator may be a Savitzky-Golay filter. According to one embodiment, the linear and time-invariant differentiating low-pass filter may be a Savitzky-Golay filter. With such a Savitzky-Golay filter, the method may be a smoothing method based on a polynomial least-squares approximation.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that, for controlling the drive motor, a determination is made as a function of the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the determined crank angle jerk, as to whether the vehicle's crank is being moved. Moving the crank can be a rotation of the crank in the vehicle's bearing. The time derivative of the state information, for example, the crank angle acceleration or the crank angle jerk, determined via the approximate derivative of the signal to the state information as a function of time, can thus be used to determine whether the driver is pedaling or not. For example, the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the determined crank angle jerk can be compared with a threshold value, and based on the comparison, it can be determined whether the crank is moving or not. When the driver pedals, the crank angle acceleration and the crank angle jerk change over the course of one crank revolution. If the crank angle acceleration or the crank angle jerk is, for example, above a certain first threshold value, it can be determined that the driver has started pedaling. Then, for example, it is determined that the crank is being moved and the rider is pedaling. This allows the start of pedaling to be detected. If the crank angle acceleration or crank angle jerk is below a certain second threshold, it can be determined that the rider has stopped pedaling. Then, for example, it is determined that the crank is no longer being moved and the rider is no longer pedaling. This allows the end of pedaling to be detected. For example, the drive motor can provide assistance when it has been determined that the crank is being moved.

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.According to a further embodiment, the method can be characterized in that the drive motor can be configured to provide drive power to assist the driver of the vehicle in driving the vehicle. The control can comprise switching on and, alternatively or additionally, switching off the assistance by the drive motor. For example, if it has been determined that the driver is pedaling, the assistance can be switched on. If it has been determined that the driver is not pedaling, the assistance can be switched off. For this purpose, a comparison of the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the determined crank angle jerk with a first and a second threshold value can be carried out. The first and the second threshold value can be the same or different. Thus, the driver's assistance by the drive motor in driving the vehicle can be switched on and off. This can be done depending on the A specific crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the specific crank angle jerk can be performed, for example, only depending on the specific crank angle acceleration and, alternatively or additionally, the specific crank angle jerk. Alternatively, the assistance can also be switched on and off depending on other state variables or measured variables of the vehicle. Such an additional measured variable or state variable could, for example, be a crank cadence.

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.A second aspect of the present invention relates to a control device. The control device may further comprise one or more sensors for detecting status information. A sensor may, for example, be a crank angle sensor or a cadence sensor. The sensor may be arranged on the crank or on the frame.

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.The control device can be configured to carry out a method according to an embodiment of the first aspect of the present invention. Such a control device with such a sensor can be designed particularly inexpensively and in a space-efficient manner. Additional sensors besides the one or more sensors for detecting the state information may not be necessary to determine the crank angle acceleration and, alternatively or additionally, to determine the crank angle jerk.

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.The control device can further be configured to control a drive motor of a vehicle. For this purpose, the control device can be configured to determine a control parameter as a function of the determined crank angle acceleration and, alternatively or additionally, as a function of the determined crank angle jerk. The control device can be communicatively connected to the drive motor. Furthermore, the control device can be configured to send the determined control parameter to the drive motor for controlling the drive motor. Respective further features, embodiments, and advantages can be found in the descriptions of the first aspect. Conversely, features, embodiments, and advantages of the second aspect also represent features, embodiments, and advantages of the first aspect.

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.A third aspect of the present invention relates to a drive train with a control device according to an embodiment of the second aspect of the present invention. Furthermore, the drive train comprises a drive motor and a crank. The drive train may be free of further sensors. Further features, embodiments, and advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects. Conversely, features, embodiments, and advantages of the third aspect also represent features, embodiments, and advantages of the first and second aspects.

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.A fourth aspect of the present invention relates to a human-powered vehicle with a drive train according to an embodiment of the third aspect of the present invention. The human-powered vehicle can be a bicycle, an e-bike, a pedelec, or a cargo bike. Further features, embodiments, and advantages can be found in the descriptions of the first to third aspects. Conversely, features, embodiments, and advantages of the fourth aspect also represent features, embodiments, and advantages of the first to third aspects.

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.

According to one embodiment, the human-powered vehicle can be characterized in that the control device can be integrated into a housing with the drive motor. The housing can be mechanically connected to a frame of the vehicle, for example, to a down tube of the two-wheeled vehicle. The sensor for detecting the status information can be arranged outside the housing. Alternatively, the sensor for detecting the status information can be integrated into the housing. For example, at least one of the crank angle sensor and the cadence sensor can be integrated into the housing. This can protect the control device and, for example, the sensors from physical impacts.

1 shows schematically steps of a method for controlling a drive motor of a muscle-powered vehicle.
2 shows schematically a vehicle with a drive train and a control device for carrying out steps of the schematically in 1 procedure shown.

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. 1 shows schematically steps of a method for controlling a drive motor 4 of a muscle-powered vehicle 2. 2 shows schematically the muscle-powered vehicle 2. In the embodiment shown, the muscle-powered vehicle 2 is a pedelec with a drive motor 4 designed as an electric motor. In an alternative embodiment, the vehicle 2 is a cargo bike.

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.The vehicle 2 has a drive train with a control device 6 as well as the drive motor 4 and a crank 8. The vehicle 2 has pedals (not shown). The pedals are connected to the crank 8 via crank arms. The driver of vehicle 2 can apply muscle power to the crank 8 via the pedals, and this muscle power can be used to propel vehicle 2. Drive motor 4 is configured to apply drive power to propel the vehicle and thus provide drive power to assist the driver in driving vehicle 2. Control device 6 is communicatively connected to drive motor 4. Control device 6 and drive motor 4 are integrated in a housing 12. Housing 12 is mechanically connected to a frame of vehicle 2.

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.The vehicle 2 further comprises a crank angle sensor 10. The crank angle sensor 10 is configured to detect S0.1 a crank angle of the crank 8. The crank angle is detected as a measured variable, as status information of the crank 8. Measured values of the crank angle are detected as a function of time. Detection S0.1 is performed at a constant sampling rate, i.e., at a temporally constant sampling rate for a constant, cyclical detection S0.1 of the crank angle of the crank 8. In the detection step S0.1, measured values of the crank angle are detected at equidistant intervals in time.

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.Furthermore, the vehicle 2 has a cadence sensor 11. The cadence sensor 11 is configured to detect S0.2 a crank angular velocity of the crank 8. The crank angular velocity is referred to as cadence. The crank angular velocity is detected as a measured variable as status information of the crank 8. Measured values of the crank angular velocity are detected as a function of time. Detection S0.2 is performed at a constant sampling rate, i.e., at a temporally constant sampling rate for a constant, cyclical detection S0.2 of the crank angular velocity of the crank 8. In the detection step S0.2, equidistantly spaced measured values of the crank angular velocity are detected.

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.In the embodiment shown, the vehicle 2 includes both the crank angle sensor 10 and the cadence sensor 11. In an alternative embodiment, the vehicle 2 includes either the crank angle sensor 10 or the cadence sensor 11.

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.The method comprises reading S1 of state information of the crank 8 of the human-powered vehicle 2. The crank angle previously detected in the detection step S0.1 is read in. The crank angular velocity previously detected in the detection step S0.2 is read in. Thus, measured and detected time-dependent values of the crank angle and the crank angular velocity are read in. The state information is read in as a discrete function of time.

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.The method further comprises determining S2 at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk of the crank 8. The determination S2 is performed using a numerical method depending on the read-in state information. The determination S2 comprises a temporal differentiation.

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.According to the embodiment shown, both the detected crank angle and the detected crank angular velocity are read in as state information. To determine S2 of the crank angular acceleration, the method comprises a two-fold temporal differentiation of the read crank angle. To determine S2 of the crank angular acceleration, the method comprises a single temporal differentiation of the read crank angular velocity. In the embodiment, the crank angular acceleration is thus determined based on two different measured variables: the crank angle and the crank angular velocity. This allows the crank angular acceleration to be determined more precisely by comparing the individual results with one another.

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.To determine S2 of the crank angle jerk, the method involves a three-fold temporal differentiation of the read crank angle. To determine S2 of the crank angle jerk, the method involves a two-fold temporal differentiation of the read crank angle velocity. In this embodiment, the crank angle jerk is thus determined based on two different measured variables: the crank angle and the crank angle velocity. This allows the crank angle jerk to be determined more precisely by comparing the individual results with each other.

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 the embodiment shown, a determination S2 of both the crank angle acceleration and the crank angle jerk is performed. In an alternative embodiment, a determination S2 of either the crank angle acceleration or the crank angle jerk is performed.

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.In an alternative embodiment, either the crank angle or the crank angular velocity is read in as state information. In such an embodiment, one of the crank angle sensor 10 and the cadence sensor 11 is omitted. In such an embodiment, either a detection S0.1 of the crank angle or a detection S0.2 of the crank angular velocity is performed. The determination S2 of the crank angular acceleration or the crank angle jerk then only has exactly one differentiation. Depending on which state information is read in and which variable, crank angle acceleration or crank angle jerk, is determined, either a single, double, or triple differentiation is carried out. Further differentiation steps are omitted in such an embodiment. The crank angle acceleration and alternatively or additionally the crank angle jerk can each be determined with exactly one simple, double, or triple differentiation. This makes such a system less complex and the computational effort for determining S2 the crank angle acceleration or the crank angle jerk is smaller. In addition, one of the sensors can be omitted. In this alternative embodiment, either both the crank angle acceleration and the crank angle jerk are determined, or either the crank angle acceleration or the crank angle jerk is determined.

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.The numerical method is a differentiating low-pass filter for the approximate determination of at least one of the crank angle acceleration and the crank angle jerk. The determination S2 of at least one of the crank angle acceleration and the crank angle jerk is performed using a differentiating low-pass filter. The differentiating low-pass filter is a linear and time-invariant filter. Thus, the differentiating low-pass filter is linear and time-invariant.

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.The differentiating low-pass filter for linear and time-invariant low-pass filtering is an FIR filter. This FIR filter is implemented as a convolution sum and, in the embodiment shown, can be represented as a weighted sum of a finite number of state information values as a function of time. This guarantees numerically stable FIR filters. The FIR filter is an algebraic numerical differentiator. In the embodiment shown, the FIR filter is a 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.After at least one of the crank angle acceleration and the crank angle jerk has been approximately determined, control S3 of the drive motor 4 of the vehicle 2 is carried out. This control S3 is carried out as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk. In the embodiment shown, control S3 is carried out as a function of both the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk. Thus, control S3 of the drive motor 4 is carried out precisely. In an alternative embodiment, control S3 of the drive motor 4 is carried out either as a function of the determined crank angle acceleration or as a function of the determined crank angle jerk. Thus, determination S2 of one of the two variables can be omitted.

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.For controlling S3 the drive motor 4, a determination S3.0 is made as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk as to whether the crank 8 of the vehicle 2 is being moved. Moving the crank 8 in this case means turning or rotating the crank 8. When determining S3.0, it is determined whether the driver starts pedaling or stops pedaling. From this, it is determined whether the crank 8 is being moved and the driver is pedaling. For example, if it is determined that the crank 8 is not moving, the control S3 of the drive motor is different than if it is determined that the crank 8 is moving. Thus, the drive motor 4 is controlled with a target torque equal to zero if it is determined that the crank 8 is not moving. If it is determined that the crank 8 is moving, the drive motor 4 is controlled with a target torque not equal to zero.

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.Control S3 includes activation S3.1 of the assistance by the drive motor 4. If it is determined that the crank 8 is being moved, activation S3.1 of the assistance is performed. Then, drive power is provided by the drive motor 4 to drive the vehicle 2. The rider is relieved of the load while driving the vehicle 2, specifically when the rider is pedaling.

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.Control S3 includes deactivation S3.2 of the assistance provided by the drive motor. If it is determined that the crank 8 is not being moved, deactivation S3.2 of the assistance is carried out. Then, no drive power is provided by the drive motor 4 to drive the vehicle 2. The rider is not relieved of the load when driving the vehicle 2, for example, because the rider is not pedaling.

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.The control device 6, the crank angle sensor 10, and the cadence sensor 11 are configured to carry out the steps of the method. In an alternative embodiment, the control device 6 is configured together with one of the crank angle sensor 10 and the cadence sensor 11 to carry out the steps of the method.

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.The control device 6 with the crank angle sensor 10 and the cadence sensor 11 is thus designed to save space and installation space by omitting additional sensors. Nevertheless, the method allows at least one of the crank angle acceleration and the crank angle jerk to be measured. for controlling S3 of the drive motor 4. Furthermore, such a control device 6 with such sensors 10, 11 is easier to maintain and cheaper to purchase and maintain compared to a vehicle 2 with further sensors for directly detecting further variables for controlling S3 of the drive motor 4. In addition, such a method can be used to determine the crank angle velocity and the crank angle jerk as state variables of the vehicle 2. The control S3 of the drive motor 4 as a function of at least one of the two variables is carried out more precisely compared to conventional methods for controlling drive motors. At the same time, the necessary determination S2 of at least one of the two variables using the numerical method is computationally efficient.

BezugszeichenReference symbol

22: Fahrzeugvehicle
44: Antriebsmotordrive motor
66: SteuereinrichtungControl device
88: Kurbelcrank
1010: KurbelwinkelsensorCrank angle sensor
1111: KadenzsensorCadence sensor
1212: GehäuseHousing
S0.1S0.1: Erfassen eines KurbelwinkelsDetecting a crank angle
S0.2S0.2: Erfassen einer KurbelwinkelgeschwindigkeitDetecting a crank angle speed
S1S1: Einlesen von Zustandsinformation der KurbelReading status information of the crank
S2S2: Bestimmen von zumindest einem von einer Kurbelwinkelbeschleunigung und einem KurbelwinkelruckDetermining at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk
S3S3: Steuern des AntriebsmotorsControlling the drive motor
S3.0S3.0: Bestimmen, ob die Kurbel des Fahrzeugs bewegt wirdDetermine whether the vehicle's crank is moved
S3.1S3.1: Zuschalten einer Unterstützung durch den AntriebsmotorSwitching on support from the drive motor
S3.2S3.2: Abschalten der Unterstützung durch den AntriebsmotorSwitching off the support from the drive motor

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2017 103 735 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Algebraic derivative estimators in theory and application, Lothar Kiltz, 2017 Saarbrücken; Survey on algebraic numerical differentiation: historical developments, parameterization, examples, and applications, Othmane, Kiltz, Rudolph, 2022, International Journal of Systems Science [0032]

Claims

Method for controlling a drive motor (4) of a muscle-powered vehicle (2), comprising the steps of: reading in (S1) state information of a crank (8) of the muscle-powered vehicle (2); determining (S2) at least one of a crank angle acceleration and a crank angle jerk using a numerical method as a function of the read-in state information; and controlling (S3) the drive motor (4) as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the status information comprises a crank angle of the crank (8) and that detection (S0.1) of the crank angle is carried out with a crank angle sensor (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the state information comprises a crank angle speed of the crank (8) and that a detection (S0.2) of the crank angle speed is carried out with a cadence sensor (11).

Method according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that the acquisition (S0.1; S0.2) of state information is carried out at a constant sampling rate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the numerical method is a differentiating low-pass filtering.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the differentiating low-pass filtering is linear and time-invariant.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that a filter for the linear and time-invariant low-pass filtering is an FIR filter.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that the FIR filter is an algebraic numerical differentiator.

Method according to one of the Claims 7 or 8 , characterized in that the FIR filter is a Savitzky-Golay filter.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the control (S3) of the drive motor (4) a determination (S3.0) is carried out as a function of at least one of the determined crank angle acceleration and the determined crank angle jerk as to whether the crank (8) of the vehicle (2) is moved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (4) is designed to provide drive force to assist a driver of the vehicle (2) in driving the vehicle (2) and in that the control (S3) comprises switching on (S3.1) and switching off (S3.2) the assistance by the drive motor (4).

Control device (6) which is arranged to carry out a method of the preceding claims.

Drive train with a control device (6) according to Claim 12 as well as with a drive motor (4) and a crank (8).

Muscle-powered vehicle (2) with a drive train according to Claim 13 .

Muscle-powered vehicle (2) according to Claim 14 , characterized in that the control device (6) is integrated in a housing (12) with the drive motor (4) and the housing (12) is mechanically connected to a frame of the vehicle (2).