DE102022200183B4 - Device for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle with an electric motor and an energy supply source - Google Patents
Device for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle with an electric motor and an energy supply sourceInfo
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Abstract
Vorrichtung (100) zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads (102) mit einem Elektromotor (104) und mit einer Versorgungsenergiequelle (106), umfassend:
eine Eingabeeinrichtung (112) zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
eine erste Ermittlungseinrichtung (114) zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
eine zweite Ermittlungseinrichtung (120) zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106) des Fahrrads (102), und
eine Regelungseinrichtung (122), wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, wobei die Regelungseinrichtung (122) eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors (104) entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle (106), falls die zweite Ermittlungseinrichtung (120) keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
Device (100) for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle (102) with an electric motor (104) and with an energy supply source (106), comprising:
an input device (112) for entering a distance traveled and a desired effort level,
a first investigation device (114) for determining route parameters of the journey route,
a second determination device (120) for determining the feasibility of the entered travel distance based on the entered desired effort, the route parameters and a predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source (106) of the bicycle (102), and
a control device (122), wherein the control device (122) is configured to control a support force of the electric motor (104) according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source (106), if the second determination device (120) determines a feasibility of the entered travel distance, wherein the control device (122) is configured to control a support force of the electric motor (104) according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source (106), if the second determination device (120) does not determine a feasibility of the entered travel distance.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrrad mit einem Elektromotor, einer Versorgungsenergiequelle und einer solchen Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle.The present invention relates to a device for predictively controlling the power supply and range of a bicycle with an electric motor and a power supply source. The present invention further relates to a bicycle with an electric motor, a power supply source, and such a device. The present invention further relates to a method for predictively controlling the power supply and range of a bicycle with an electric motor and a power supply source.
Technischer HintergrundTechnical background
Aus dem Stand der Technik sind Fahrräder mit einem Elektromotor und einer Versorgungsenergiequelle bekannt. Derartige Fahrräder, welche den Antrieb durch einen Elektromotor unterstützen, sind sogenannte Pedelecs oder S-Pedelecs. Pedelecs mit einer Unterstützung bis 25 km/h gelten als Fahrrad. S-Pedelecs mit einer Unterstützung bis 45 km/h gelten als Leichtkraftrad. Bei der Versorgungsenergiequelle handelt es sich üblicherweise um einen Akkumulator, auch kurz Akku genannt.Bicycles with an electric motor and a power source are known from current technology. Such bicycles, which are assisted by an electric motor, are called pedelecs or S-pedelecs. Pedelecs with assistance up to 25 km/h are considered bicycles. S-pedelecs with assistance up to 45 km/h are considered light motorcycles. The power source is usually a rechargeable battery, also called a battery.
Die
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Fahrräder mit Unterstützung des Antriebs durch einen Elektromotor beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial.Despite the numerous advantages of state-of-the-art bicycles with electric motor support, there is still room for improvement.
Der Fahrer eines E-Bikes muss somit auf Grundlage einfacher Reichweitenvorhersagen, welche entweder generisch gehalten oder spezifisch für eine bestimmte Unterstützungsintensität sind, sowie ggf. der eigenen persönlichen Erfahrung beurteilen, ob die Energie im Akku für die gewünschte Fahrt ausreicht und wie die Unterstützung jeweils zu verwenden ist. Dabei sind die zu beachtenden Zusammenhänge nur schwer abzuschätzen. Mit anderen Worten basieren die bisher bekannten Systeme und Vorrichtungen auf Erfahrungen und Schätzungen der jeweiligen Nutzer und sind damit auch nicht einfach auf andere Personen übertragbar. Insbesondere bei reichweitenkritischen Fahrten kann ohne technische Hilfestellung oder Beurteilung der Strecke nur schwer das jeweils richtige Maß an Unterstützung gefunden werden.E-bike riders must therefore rely on simple range predictions, which are either generic or specific to a particular level of assistance, as well as their own personal experience, to assess whether the battery has enough energy for the desired journey and how the assistance should be used. The interrelationships involved are difficult to predict. In other words, the systems and devices known so far are based on the experiences and estimates of individual users and are therefore not easily transferable to other people. Especially on journeys where range is critical, finding the right level of assistance is difficult without technical aids or an assessment of the route.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung zum Regeln einer Versorgungsenergie und ein Fahrrad bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen zum Regeln einer Versorgungsenergie und Fahrräder zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere soll durch die Erfindung die Unterstützung des Pedelecs/S-Pedelecs so über die zu fahrende Strecke hinweg verteilt werden, dass der Fahrer mit einer möglichst angemessenen Anstrengung das gewünschte Ziel erreichen kann. So soll die Fahrstrecke mit optimaler Unterstützung des Elektromotors absolviert werden können, so dass eine gleichmäßige, nicht überlastende körperliche Anstrengung infolge nahezu vollständiger Nutzung der Akkuladung erfolgt. Ein Ausfall der Unterstützung aufgrund leerer Versorgungsenergiequelle vor Zielorterreichung soll damit einerseits vermieden werden, andererseits der Fahrer sich aber nicht überlasten und dann am Zielort mit signifikant ungenutzter Kapazität der Versorgungsenergiequelle ankommen.It would therefore be desirable to provide a device for regulating the power supply and a bicycle that largely avoids the disadvantages of known devices for regulating power supplies and bicycles. In particular, the invention aims to distribute the assistance of the pedelec/S-pedelec over the distance traveled in such a way that the rider can reach the desired destination with the most reasonable effort possible. The route should thus be completed with optimal support from the electric motor, resulting in a consistent, non-excessive physical exertion due to almost complete utilization of the battery charge. This should prevent a failure of assistance due to an empty power supply before reaching the destination, while simultaneously preventing the rider from overexerting themselves and then arriving at the destination with a significant amount of unused power supply capacity.
Ein Beispiel hierfür ist die Fahrt auf einer hügeligen Strecke, welche mit einem Anstieg beginnt, im Mittelteil abfallend, bzw. flach ist und zum Ende hin einen steilen Anstieg aufweist. Die Erfindung ist dabei in der Lage, die Energie für den Antrieb selbstständig so einzuteilen, dass für den Schlussanstieg noch ausreichend Energie für eine angemessene Unterstützungsnutzung vorhanden ist und die Energie nicht bereits während des ersten Anstiegs durch eine übermäßige Nutzung der Unterstützung aufgebraucht wird und dazu führt, dass der Fahrer auf dem letzten Streckenabschnitt übermäßig belastet wird oder im schlimmsten Fall das gewünschte Ziel aus eigener Kraft nicht erreichen kann. Stattdessen kann die Unterstützung so eingeteilt werden, dass die Anstrengung im ersten Teil der Strecke zwar erhöht ist, dafür für den Schlussanstieg noch ausreichend Unterstützung zur Verfügung steht und die Fahrt damit bezogen auf die Anstrengung des Fahrers ausgeglichener wird. So soll die Vorrichtung einem Fahrer des Fahrrads eine Fahrt mit einer möglichst angemessenen Anstrengung ermöglichen. Insbesondere bei „Fahrten mit knapper Energie“ soll die in der entsprechenden Versorgungsenergiequelle bzw. Speichereinheit vorhandene Energie bedarfsgerecht über die gesamte noch zu fahrende Strecke verteilt werden. Dabei soll die Anstrengung des Fahrers über den gesamten Fahrtverlauf in einem möglichst angemessenen Bereich gehalten werden. Auch bei ausreichend vorhandener Energie für die Unterstützung soll sichergestellt werden, dass sich ein angenehmes Fahrerlebnis einstellt und gleichzeitig die elektrische Energie möglichst effizient verwendet wird, da die Unterstützung immer in entsprechend ausreichender Höhe zur Verfügung steht und so eine übermäßige Verwendung der Unterstützung vermieden werden kann.An example of this is riding on a hilly route that begins with an ascent, descends or flattens in the middle section, and then features a steep climb at the end. The invention is capable of automatically distributing the drive energy in such a way that sufficient energy remains for appropriate assistance during the final climb, preventing the energy from being depleted during the initial ascent through excessive use of the assistance. This would result in the rider being overtaxed on the final stretch or, in the worst case, unable to reach their destination under their own power. Instead, the assistance can be distributed so that while the effort required is increased during the first part of the route, sufficient support is still available for the final climb, making the ride more balanced in terms of the rider's effort. The device is designed to enable a cyclist to ride with the most reasonable level of exertion possible. Particularly during rides with limited energy, the energy available in the corresponding power supply or storage unit should be distributed as needed over the entire remaining distance. The aim is to keep the rider's effort within a reasonable range throughout the entire journey. Even when sufficient energy is available for assistance, the system ensures a pleasant riding experience while simultaneously using electrical energy as efficiently as possible, as the assistance is always available at a sufficiently high level, thus preventing excessive use of the assistance.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention
Diese Aufgabe wird adressiert durch Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads und einem Fahrrad mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This problem is addressed by a device for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle and a bicycle with the features of the independent claims. Advantageous embodiments, which can be implemented individually or in any combination, are described in the dependent claims.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.In the following, the terms "have," "exhibit," "comprise," or "include," or any grammatical variations thereof, are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, apart from the features introduced by these terms, no further features are present, and to situations in which one or more further features are present. For example, the expression "A has B," "A exhibits B," "A comprises B," or "A includes B" can refer both to the situation in which, apart from B, no other element is present in A (i.e., a situation in which A consists exclusively of B), and to the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example, element C, elements C and D, or even further elements.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.It is further noted that the terms "at least one" and "one or more" Grammatical variations of these terms, when used in connection with one or more elements or features and intended to express that the element or feature may be present once or multiple times, are generally used only once, for example, upon the initial introduction of the feature or element. Upon subsequent repetition of the feature or element, the corresponding term "at least one" or "one or more" is generally no longer used, without restricting the possibility that the feature or element may be present once or multiple times.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms "preferably," "in particular," "for example," or similar terms are used in the following text in connection with optional features without limiting alternative embodiments. Features introduced by these terms are optional, and it is not intended that these features limit the scope of protection of the claims, and in particular the independent claims. As the person skilled in the art will recognize, the invention can also be implemented using other embodiments. Similarly, features introduced by "in an embodiment of the invention" or by "in an exemplary embodiment of the invention" are understood as optional features without limiting alternative embodiments or the scope of protection of the independent claims. Furthermore, these introductory phrases are intended to leave all possibilities of combining the introduced features with other features, whether optional or non-optional, unaffected.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher eine Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads auf. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Regelungseinrichtung auf. Die Regelungseinrichtung ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.In a first aspect of the present invention, a device for the predictive control of the power supply and range of a bicycle with an electric motor and a power supply source is therefore proposed. The device comprises an input device for entering a distance traveled and a desired effort level. The device further comprises a first detection device for determining the route parameters of the distance traveled. The device further comprises a second detection device for determining the feasibility of the entered distance traveled based on the entered desired effort level, the route parameters, and a predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source. The device further comprises a control device. The control device is configured to regulate the assistance force of the electric motor according to the desired effort level and the predetermined proportion of the current capacity of the power supply source if the second detection device determines that the entered distance traveled is feasible. The control device is configured to regulate the assistance force of the electric motor according to a corrected effort level and the predetermined proportion of the current capacity of the power supply source if the second detection device does not determine that the entered distance traveled is feasible.
Der Begriff „Regeln“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Vorgang beziehen, bei dem fortlaufend eine Größe, die Regelgröße, erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Kennzeichen für das Regeln ist der geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelgröße im Wirkungsweg des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst. Ein technischer Regelvorgang ist eine gezielte Beeinflussung von physikalischen, chemischen oder anderen Größen in technischen Systemen. Die sogenannten Regelgrößen sind dabei auch beim Einwirken von Störungen entweder möglichst konstant zu halten (Festwertregelung) oder so zu beeinflussen, dass sie einer vorgegebenen zeitlichen Änderung folgen (Folgeregelung). Das Regelprinzip ist der Soll-Istwertvergleich der Führungsgröße mit der negativ zurückgeführten gemessenen Regelgröße. Der Regler bestimmt über die Regelabweichung (Regeldifferenz) und den vorgegebenen Regelparametern eine Stellgröße. Diese wirkt über die Regelstrecke so auf die Regelgröße ein, dass sie die Regelabweichung trotz vorhandener Störgrößen minimiert und die Regelgröße je nach gewählten Gütekriterien ein gewünschtes Zeitverhalten annimmt. Bekannte Anwendungen im Haushalt sind die Konstant-Temperaturregelung für die Raumluft (Heizungsregelung), für die Luft im Kühlschrank oder für das Bügeleisen. Mit dem Tempomat wird die Fahrgeschwindigkeit im Kraftfahrzeug konstant gehalten.The term "control," as used here, is a broad term to which its usual and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to a specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to a process in which a quantity, the controlled variable, is continuously measured, compared with another quantity, the reference variable, and influenced in order to align it with the reference variable. A characteristic of control is the closed-loop process, in which the controlled variable continuously influences itself within the control loop. A technical control process is the targeted manipulation of physical, chemical, or other quantities in technical systems. The so-called controlled variables are to be kept as constant as possible, even when subject to disturbances (fixed-value control), or influenced so that they follow a predetermined change over time (following control). The control principle is the comparison of the setpoint and actual value of the reference variable with the negatively fed-back measured controlled variable. The controller determines a manipulated variable based on the control deviation (control error) and the specified control parameters. This mechanism acts on the controlled variable via the control loop in such a way that it minimizes the control deviation despite existing disturbances and ensures that the controlled variable exhibits a desired time response depending on the selected quality criteria. Common household applications include constant temperature control for room air (heating control), for the air in a refrigerator, or for an iron. Cruise control maintains a constant speed in a motor vehicle.
Der Begriff „prädiktiven“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf die Eigenschaft beziehen, hinweisend, prognostisch, vorhersagbar, vorhersagend, vorhersehend und/oder voraussehbar zu sein. Insbesondere bezieht sich der Begriff im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Regelung der Versorgungsenergie derart erfolgt, dass die vor Fahrtbeginn eingegebene gewünschte Fahrstrecke mit der aktuell zur Verfügung stehenden Versorgungsenergie inklusive einer vorbestimmten Sicherheitsreserve der Kapazität und unter Berücksichtigung von Streckenparametern realisierbar bzw. für den Fahrer bewältigbar ist. Mit anderen Worten wird vorrausschauend ermittelt, ob eine gewünschte Fahrstrecke mit der zur Verfügung stehenden Versorgungsenergie inklusive einer vorbestimmten Sicherheitsreserve der Kapazität und unter Berücksichtigung von Streckenparametern für den Fahrer sowie optional eines vom Fahrer eingegebenen gewünschten Anstrengungsniveaus fahrbar ist.The term "predictive," as used here, is a broad term to which its ordinary and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to the property of being indicative, prognostic, predictable, forecasting, anticipatory, and/or foreseeable. In the context of the present invention, the term refers specifically to the regulation of the supply energy in such a way that the desired route entered before the start of the journey is achievable or manageable for the driver with the currently available supply energy, including a predetermined safety reserve of capacity and taking into account route parameters. In other words, it is determined predictively whether a desired route is feasible for the driver with the available supply energy, including a predetermined safety reserve of capacity and taking into account route parameters, as well as optionally a desired effort level entered by the driver.
Der Begriff „Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Energiequelle beziehen, die eingerichtet ist, um den Elektromotor des Fahrrads mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere kann es sich bei der Energieversorgungsquelle um einen Akkumulator, einen Leistungsspeicher oder eine Kombination aus beiden handeln.The term "power source" as used here is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to a power source designed to supply the electric motor of the bicycle with electrical energy. Specifically, the power source may be a battery, a power storage device, or a combination of both.
Der Begriff „Fahrstrecke“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Strecke oder Route von einem Anfangspunkt zu einem Zielpunkt beziehen. Der Verlauf der Strecke kann dabei mittel Koordinaten, wie beispielsweise GPS-Koordinaten, gekennzeichnet sein.The term "route," as used here, is a broad term to which its usual and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to a route or path from a starting point to a destination. The route can be defined by coordinates, such as GPS coordinates.
Der Begriff „Ermittlungseinrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Einrichtung beziehen, die eingerichtet ist zum Erwerben von Daten. Die Daten können dabei mittels Rechnen bzw. Berechnungen oder mittels Abfragen ermittelt werden.The term "data collection facility," as used here, is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to a facility equipped for acquiring data. This data can be obtained by means of calculations or queries.
Der Begriff „Streckenparameter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Parameter oder Daten beziehen, die eine Strecke oder damit im Zusammenhang stehende Umweltbedingungen charakterisieren. Zu den Streckenparametern gehören insbesondere aber nicht ausschließlich das Höhenprofil einer Strecke, Informationen zum Untergrund bzw. zur Untergrundbeschaffenheit der Strecke, das Wetter entlang der Strecke, wobei das Wetter insbesondere die Temperatur, Windstärke, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Regenwahrscheinlichkeit umfasst.The term "route parameters," as used here, is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to any parameter or data that characterize a route or related environmental conditions. Route parameters include, but are not limited to, the elevation profile of a route, information on the subsoil or subsoil properties along the route, and the weather along the route, which includes, in particular, temperature, wind speed, wind direction, humidity, and the probability of rain.
Der Begriff „Regelungseinrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Einrichtung beziehen, die eingerichtet ist zum Regeln von bestimmten Vorgängen oder Prozessen.The term "control device," as used here, is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to a device designed to control certain operations or processes.
Der Begriff „Unterstützungskraft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Kraft beziehen, mit der der Fahrer des Fahrrads vom Elektromotor beim Treten unterstützt wird.The term "assistance force," as used here, is a broad term to which its ordinary and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to a force with which the rider of the bicycle is assisted by the electric motor while pedaling.
Der Begriff „Kapazität der Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Kennwert für den Ladezustand der Versorgungsenergiequelle beziehen. Der Ladezustand, state of charge genannt, beschreibt die aktuelle Kapazität einer Batterie oder eines Akkumulators als Prozentangabe im Verhältnis zu ihrer bzw. seiner maximalen Kapazität. Ein Ladezustand von 50 Prozent bedeutet, dass eine Batterie bzw. ein Akkumulator (noch) halb voll (oder halb aufgeladen) ist.The term "capacity of the power supply source," as used here, is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to a characteristic value for the state of charge of the power supply source. The state of charge describes the current capacity of a battery or accumulator as a percentage of its maximum capacity. A state of charge of 50 percent means that a battery or accumulator is (still) half full (or half charged).
Der Begriff „vorbestimmter Anteil der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen vorbestimmten Anteil eines aktuellen Ladezustands der Versorgungsenergiequelle beziehen. Dieser vorbestimmte Anteil berücksichtigt, dass für eine Fahrt nur ein vorbestimmter Anteil der tatsächlich verfügbaren Energiemenge verwendet wird. Dabei berücksichtigt dieser vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität eine vorbestimmte Menge an Restenergie bzw. Sicherheitsreserve, die vorgehalten wird. Statt der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle soll somit bei Zielankunft eine definierte und ggf. veränderliche Restenergiemenge zur Verfügung stehen. Es darf also nur eine gewisse Energiemenge für die Fahrt verwendet werden, welche Teilmenge der aktuell verfügbaren Gesamtenergiemenge ist. Beispielsweise soll 20% Restenergie aufgespart werden. Diese Restenergie wird bei der Regelung der Unterstützung von der aktuellen Kapazität abgezogen. Beträgt beispielsweise die aktuelle Kapazität 80% und wird eine Restenergie von 20 % vorgehalten, beträgt der vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität 80 % - 20 % = 60 %, der für die Regelung der Unterstützung verwendet wird. Mit anderen Worten wird statt der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle nur ein Teil dieser Energiemenge für die Fahrt zur Verfügung gestellt. Da die vorgehaltene Restenergie ein vom Hersteller oder Fahrer vorgegebener Wert ist, variiert dieser nicht in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazität. Dahingegen variiert der vorbestimmte Anteil der aktuellen Kapazität, der zur Unterstützung verwendet wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazität.The term "predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source," as used here, is a broad term to which its ordinary and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to a predetermined proportion of the current state of charge of the supply energy source. This predetermined proportion takes into account that for a journey Only a predetermined portion of the actually available energy is used. This predetermined portion of the current capacity takes into account a predetermined amount of residual energy or safety reserve that is held in reserve. Instead of the actual capacity of the power source, a defined and potentially variable amount of residual energy should be available upon arrival at the destination. Therefore, only a certain amount of energy may be used for the journey, which is a subset of the total energy currently available. For example, 20% of the energy may be reserved. This residual energy is deducted from the current capacity when regulating the level of assistance. If, for example, the current capacity is 80% and a residual energy of 20% is held in reserve, the predetermined portion of the current capacity used for regulating the assistance is 80% - 20% = 60%. In other words, instead of the actual capacity of the power source, only a portion of this energy is made available for the journey. Since the reserved residual energy is a value specified by the manufacturer or driver, it does not vary depending on the current capacity. In contrast, the predetermined proportion of the current capacity used for support varies depending on the current capacity.
Der Begriff „Realisierbarkeit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf die Eigenschaft beziehen, ob bei einem aktuellen Ladezustand der Versorgungsenergiequelle eine vorbestimmte Fahrstrecke bei einer gewählten oder vorgegebenen Unterstützungskraft bzw. vom Fahrer eingegebener Daten wie gewünschte Anstrengung, Gewicht, Fitnesszustand und/oder Alter und dergleichen zu realisieren bzw. bewältigen ist.The term "feasibility," as used here, is a broad term to which its usual and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to a specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to the property of whether, given the current state of charge of the power supply, a predetermined driving distance can be achieved or covered with a selected or specified level of assistance or with data entered by the driver, such as desired effort, weight, fitness level, and/or age, and the like.
Der Begriff „gewünschte Anstrengung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Klassifikation der Anstrengung beziehen. Beispielsweise lässt sich die Anstrengung in unsportlich, eher unsportlich, normal, eher sportlich und sportlich klassifizieren. Dabei gibt der Bediener vor, in welche dieser genannten Klassen er seine körperliche Konstitution bzw. Kondition einschätzt.The term "desired exertion," as used here, is a broad term to which its usual and common meaning, as understood by experts, should be attributed. The term is not limited to a specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer, in particular, to a classification of exertion. For example, exertion can be classified as unsporting, rather unsporting, normal, rather athletic, and athletic. The operator specifies into which of these categories they assess their physical constitution or fitness.
Der Begriff „korrigierte Anstrengung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anstrengung beziehen, die in ihrer Größenordnung von der gewünschten Abweichung abweicht und insbesondere größer als die gewünschte Anstrengung ist.The term “corrected effort,” as used here, is a broad term and should be understood in its ordinary and common sense, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to an effort that differs in magnitude from the desired deviation and is, in particular, greater than the desired effort.
Der Begriff „Fahrrad mit Elektromotor und Versorgungsenergiequelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Fahrrad beziehen, welches den Antrieb durch einen Elektromotor unterstützt. Der Begriff bezieht sich insbesondere auf sind sogenannte Pedelecs oder S-Pedelecs. Pedelecs sind Fahrräder mit einer Unterstützung des Antriebs bis 25 km/h. S-Pedelecs sind Fahrräder mit einer Unterstützung des Antriebs bis 45 km/h.The term "bicycle with electric motor and power supply," as used here, is a broad term to which its usual and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to any bicycle whose propulsion is assisted by an electric motor. The term refers specifically to so-called pedelecs or S-pedelecs. Pedelecs are bicycles with pedal assistance up to 25 km/h. S-pedelecs are bicycles with pedal assistance up to 45 km/h.
Die Vorrichtung erlaubt einem Bediener des Fahrrads eine Fahrt mit einer möglichst angemessenen Anstrengung für den jeweiligen Fahrer. Insbesondere bei „Fahrten mit knapper Energie“ kann die in der entsprechenden Versorgungsenergiequelle bzw. Speichereinheit vorhandene Energie bedarfsgerecht über die gesamte noch zu fahrende Strecke verteilt werden. Dabei wird die Anstrengung des Fahrers über den gesamten Fahrtverlauf in einem möglichst angemessenen Bereich gehalten. Auch bei ausreichend vorhandener Energie für die Unterstützung wird sichergestellt, dass sich ein angenehmes Fahrerlebnis einstellt und gleichzeitig die elektrische Energie möglichst effizient verwendet wird, da die Unterstützung immer in entsprechend ausreichender Höhe zur Verfügung steht und so eine übermäßige Verwendung der Unterstützung vermieden werden kann.The device allows the cyclist to ride with a level of effort appropriate to their individual needs. Particularly when riding with limited energy, the available energy in the power source or storage unit can be distributed as needed over the entire remaining distance. This keeps the rider's effort within a reasonable range throughout the ride. Even when sufficient energy is available for assistance, the system ensures a comfortable riding experience while maximizing energy efficiency, as the level of assistance is always adequately provided, thus preventing overuse.
Zum einen wird zumindest anhand einer Anstrengungsvorgabe für die Fahrt des jeweiligen Streckenabschnitts die Unterstützungsintensität des E-Bike-Antriebs geregelt. Die dafür notwendige Vorgabe für die Fahreranstrengung ergibt sich aus einer Optimierung der Fahreranstrengung über die zu fahrende Strecke unter Berücksichtigung der verfügbaren Energie inklusive einer vorgehaltenen Restenergie. Die Regelung der Unterstützungskraft basiert dabei auf einer Energie- und Dynamikvorhersage für die Strecke und die verschiedenen Unterstützungsszenarien. Dafür werden alle relevanten Eigenschaften der Strecke, wie beispielsweise Höhenprofil, Untergrund, Wetter, usw. sowie eingegebener Daten oder Parameter zum Fahrer und Fahrrad für die zu fahrende Strecke bestimmt. Die eingegebenen Daten bzw. Parameter umfassen dabei konstante Parameter, wie beispielsweise Unterstützungscharakteristik, usw., sowie variable Parameter, wie beispielsweise Gewicht des Fahrers optional inklusive Gepäck, maximale Kapazität der Versorgungsenergiequelle unter Berücksichtigung ihrer Alterung usw. Zudem berücksichtigt die Energie- und Dynamikvorhersage den gemeinsamen Antrieb durch Fahrer und E-Bike-Antrieb und erfolgt mit einem geeigneten Berechnungsmodell. Anhand der Vorhersage kann bestimmt werden, ob die gewünschte Anstrengung mit der vorhandenen Energiemenge realisierbar ist. Falls ja, kann diese durch die Regelung während der Fahrt umgesetzt werden. Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.Firstly, the assistance intensity of the e-bike drive is regulated based on an effort target for each section of the route. The necessary rider effort target is derived from optimizing rider effort over the route, taking into account available energy, including any remaining energy reserves. The assistance level is regulated based on an energy and dynamics forecast for the route and the various assistance scenarios. For this purpose, all relevant route characteristics, such as elevation profile, surface, weather, etc., as well as entered data or parameters about the rider and bicycle, are determined for the route. The entered data or parameters include... This involves constant parameters, such as support characteristics, as well as variable parameters, such as the rider's weight (optionally including luggage), the maximum capacity of the power source (taking its age into account), and so on. Furthermore, the energy and dynamics prediction considers the combined power output of the rider and the e-bike drive and is performed using a suitable calculation model. Based on this prediction, it can be determined whether the desired effort level is achievable with the available energy. If so, this can be implemented by the control system during the ride. If the desired effort level is not achievable, the system determines the effort level that is feasible with the available support, minimizing the rider's effort compared to the desired level. This determined effort level is then used as the input for the support control system.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.The control device may be configured to adjust the corrected effort to the current capacity of the supply energy source if the second determination device does not determine the feasibility of the entered travel distance.
Damit wird sichergestellt, dass der Fahrer mit der vorhandenen Kapazität der Versorgungsenergiequelle sicher das Ziel erreicht.This ensures that the driver can safely reach the destination with the available capacity of the power supply source.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.The control device may be configured to minimize a deviation of the corrected effort from the entered desired effort if the second determining device does not determine the feasibility of the entered travel distance.
Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal wie möglich erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.If the desired effort level is not achievable, the system seeks a target effort level that is feasible with the assistance provided and that increases the rider's effort as little as possible compared to the desired effort. This target effort level is then used as the input for the assistance system.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads.The second determination device can be set up to determine the feasibility of the entered route before and/or during operation of the bicycle based on the entered desired effort, the route parameters and the predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source.
Da das System auch Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität berücksichtigen muss, wird die Optimierung der Anstrengung regelmäßig für die dann noch zu fahrende Strecke und der dafür zur Verfügung stehenden elektrischen Energie ausgeführt. Zur Berechnung sollen möglich viele relevante Parameter einbezogen werden, die Einfluss auf die Fahrtstrecke und Dynamik haben, wie Länge der Strecke, Steigungsverlauf, aber auch Höhenprofil, Fahrbahnbeschaffenheit, Wettersituation (Windverhältnisse) und Uhr-/Tageszeit. Beispielsweise dient die ermittelte körperliche Anstrengung dann auch während der Fahrt als Ist-Wert für den Umfang der Unterstützungsregelung, wobei die Soll-Anstrengung das Ergebnis der Betrachtung der gesamten (noch zu fahrenden) Strecke ist. Die Software setzt gegebenenfalls auch ein erforderliches höheres Anstrengungsniveau um, so dass die Akkuladung für die Unterstützung ausreichend ist, um dieses Niveau dann bis zur Ankunft am gewünschten Zielort zu halten. Ein Ausfall der Unterstützung aufgrund leeren Akkus vor Zielorterreichung soll damit einerseits vermieden werden, andererseits der Fahrer sich aber nicht überlasten und dann am Zielort mit signifikant ungenutzter Akkuladung ankommen.Since the system must also consider discrepancies between the prediction or the underlying route characteristics and reality, the effort level is regularly optimized for the remaining distance and the available electrical energy. The calculation incorporates as many relevant parameters as possible that influence the route and dynamics, such as route length, gradient, elevation profile, road surface, weather conditions (wind), and time of day. For example, the calculated physical effort then serves as the actual value for the level of assistance during the ride, while the target effort is the result of considering the entire remaining distance. The software may also implement a higher effort level if necessary, ensuring that the battery charge is sufficient to maintain this level of assistance until arrival at the desired destination. This prevents assistance from failing due to a depleted battery before reaching the destination, while simultaneously preventing the rider from overexerting themselves and arriving at their destination with significantly unused battery charge.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads. Damit lassen sich Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität besonders gut erfassen und als Korrekturgrößen für die Regelung verwenden.The first detection device can be set up to determine route parameters of the journey before and/or during bicycle operation. This allows deviations between the prediction or the underlying route characteristics and reality to be particularly well captured and used as correction variables for the control system.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank. Dadurch wird Speicherbedarf in der Vorrichtung verringert, da nicht sämtliche Streckendaten gespeichert werden müssen, sondern nur temporär die für die vom Fahrer gewählte Route. Die Streckendaten lassen sich zudem aktuell abrufen, was Berechnungen mit veralteten Streckendaten verhindert, die die Regelung negativ beeinflussen könnten. Als eine oder mehrere Datenbanken werden bevorzugt Web-APIs verwendet.The first determination device can be configured to determine route parameters by retrieving route data from at least one database. This reduces the storage requirements in the device, as not all route data needs to be stored, but only temporarily the data relevant to the route chosen by the driver. Furthermore, the route data can be retrieved in real time, preventing calculations with outdated data that could negatively impact the control system. Web APIs are preferably used as the one or more databases.
Der Begriff „Web-API“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Programmierschnittstelle (API = Application Programming Interface) beziehen. Mit dieser API-Schnittstelle zur Anwendungsprogrammierung können zwei Anwendungen, die voneinander unabhängig sind, problemlos interagieren und Daten austauschen. Anders ausgedrückt: Eine Programmierschnittstelle dient als „Brücke“ zwischen zwei Programmen, über die Daten hin und her gesendet werden. Ein Kopieren und Einfügen der Daten ist dann nicht mehr nötig.The term "Web API," as used here, is a broad term and should be understood in its usual and common sense, as understood by experts. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to a programming interface (API = Application Programming Interface). This API interface for application programming allows two independent applications to easily interact and exchange data. In other words, a programming interface serves as a "bridge" between two programs, allowing data to be exchanged between them. The data will be sent here. Copying and pasting the data will then no longer be necessary.
Die erste Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind. Sollten Daten für die beschriebene Funktion nicht zur Verfügung stehen, werden diese somit geschätzt oder durch repräsentative Standardwerte ersetzt.The first determination unit can be configured to replace the route parameters with estimated values and/or standard values if the route data is not available from the at least one database. If data for the described function is unavailable, it will therefore be estimated or replaced with representative standard values.
Die Regelungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads. Zur Verbesserung der Qualität der Regelung sind die Größen zur Messung der Fahreranstrengung, sowie die Messung der Energiemenge erforderlich, wobei diese für die ordnungsgemäße Funktion des E-Bike-Antriebssystems ohnehin zur Verfügung stehen müssen.The control unit can be configured to regulate the electric motor's assistance power based on the measured effort of the cyclist. To improve the control quality, parameters for measuring rider effort and energy consumption are required, although these must be available anyway for the proper functioning of the e-bike drive system.
Die gemessene Anstrengung kann Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfassen. Der Fahrzustand kann insbesondere die Geschwindigkeit des Fahrrads umfassen. Somit wird anhand der jeweils aktuell gemessenen Anstrengung und einer Anstrengungsvorgabe für die Fahrt des jeweiligen Streckenabschnitts die Unterstützungsintensität des E-Bike Antriebs geregelt.The measured effort can include information on the rider's cadence, torque, power output, riding condition, heart rate, and/or respiratory rate. Riding condition can specifically include the bike's speed. Based on the currently measured effort and a target effort level for the current section of the route, the e-bike's assistance intensity is then regulated.
Die Streckenparameter können Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen. Für die Berechnung der Unterstützungskraft werden somit alle relevanten Eigenschaften der Strecke, wie beispielsweise Höhenprofil, Untergrund, Wetter, usw. für die zu fahrende Strecke bestimmt.The route parameters can include information on at least the elevation profile, surface type, and weather conditions along the entered route. For calculating the assistance force, all relevant route characteristics, such as elevation profile, surface, weather, etc., are determined for the route to be traveled.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus. Der Algorithmus, welcher die Anstrengung des Fahrers über die zu fahrende Strecke in der Art optimiert, dass diese möglichst wenig vom Anstrengungswunsch des Fahrers abweicht, basiert dabei auf einer Energie- und Dynamikvorhersage für die Strecke und die verschiedenen Unterstützungsszenarien.The second determination device can be set up to determine the feasibility of the entered route using at least one algorithm. The algorithm, which optimizes the driver's effort over the route to be driven in such a way that it deviates as little as possible from the driver's desired effort level, is based on an energy and dynamics prediction for the route and the various support scenarios.
Der Begriff „Algorithmus“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems oder einer Klasse von Problemen beziehen. Algorithmen bestehen aus endlich vielen, wohldefinierten Einzelschritten. Damit können sie zur Ausführung in ein Computerprogramm implementiert, aber auch in menschlicher Sprache formuliert werden.The term "algorithm," as used here, is a broad term to which its ordinary and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to a specific or adapted meaning. Without restriction, the term can refer in particular to a clear set of instructions for solving a problem or a class of problems. Algorithms consist of a finite number of well-defined individual steps. Therefore, they can be implemented for execution in a computer program, but can also be formulated in human language.
Die zweite Ermittlungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter. Dadurch lässt sich die Ausgabe des Algorithmus verbessern.The second detection device can be set up to train the algorithm using route parameters determined during operation of the bicycle. This allows the algorithm's output to be improved.
Die Eingabeeinrichtung kann eingerichtet sein zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad. Die Daten zum Fahrer umfassen insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers. Das Gewicht des Fahrers kann dabei auch das Gewicht von Gepäck des Fahrers umfassen. Die Daten zum Fahrrad umfassen insbesondere Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads. Somit können oder sollen Daten zu Fahrer und Fahrrad, inklusive Antriebssystem, vom Nutzer eingegeben werden. Dadurch sind die Berechnungen spezifisch für das Fahrrad, das verbaute Antriebssystem und den Fahrer. Außerdem können diese pro Fahrt individualisiert werden, um beispielsweise unterschiedliches Gepäckgewicht zu berücksichtigen.The input device can be configured to enter data about the rider and/or bicycle. Rider data includes, in particular, information about the rider's weight, age, and fitness level. The rider's weight can also include the weight of any luggage. Bicycle data includes, in particular, information about the maximum energy consumption of the power source and the bicycle's drive system. Thus, the user can or should enter data about the rider and bicycle, including the drive system. This ensures that the calculations are specific to the bicycle, the installed drive system, and the rider. Furthermore, these calculations can be customized for each trip to account for, for example, different luggage weights.
Die Vorrichtung kann mit einem Bordcomputer des Fahrrads verbindbar oder in einen Bordcomputer des Fahrrads integrierbar sein. Entsprechend kann die Vorrichtung in einer einzigen Rechnereinheit des Fahrrads integriert sein. Alternativ lässt sich die Vorrichtung ohne großen Aufwand auch an bestehende E- Bikes nachrüsten oder anbinden. Voraussetzung ist in diesem Fall das Vorhandensein einer Schnittstelle, z.B. Bluetooth, sodass für die Datengenerierung und ggf. die Optimierungsausführung über ein Smartphone genutzt werden kann. Eine solche Schnittstelle ist zum Teil schon vorhanden oder lässt sich über einen entsprechenden Adapter, ohne großen Installationsaufwand, am E-Bike-System anbringen.The device can be connected to or integrated into the bicycle's on-board computer. Accordingly, the device can be integrated into a single computer unit on the bicycle. Alternatively, the device can be easily retrofitted or connected to existing e-bikes. In this case, an interface, such as Bluetooth, is required so that data generation and, if necessary, optimization can be performed via a smartphone. Such an interface is sometimes already present or can be attached to the e-bike system using a suitable adapter with minimal installation effort.
Der Begriff „Bordcomputer“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein eingebettetes System eines Fahrrads beziehen. Das Gerät dient zur Überwachung und Anzeige von Betriebs- und Umgebungszuständen sowie in manchen Fällen auch direkt der Navigation. Insbesondere bezieht sich der Begriff auf ein elektronisches Gerät zur kontinuierlichen Messung von Geschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke beim Fahrradfahren. Fast alle Fahrradcomputer haben weitere Funktionen, beispielsweise die Messung der Trittfrequenz über einen neben der Tretkurbel angebrachten Sensor, die Bestimmung der Höhe über dem Meeresspiegel (üblicherweise über eine barometrische Höhenmessung), die Messung von Steigung bzw. Gefälle inklusive Zusammenfassung der gefahrenen Höhenmeter, die Messung der Herzfrequenz über einen Brustgurt, die Schätzung der vom Fahrer verbrauchten Energie mittels Herzfrequenz unter Berücksichtigung des Geschlechts und der Körpermasse des Fahrers, die Anzeige der Uhrzeit, die Anzeige der Temperatur, die Nutzung an zwei Fahrrädern mit getrennten Kilometer- und Fahrzeitzählern, die Möglichkeit der Datenspeicherung und -übertragung auf einen PC, wodurch beispielsweise Wege der Trainingsauswertung geschaffen werden.The term "on-board computer," as used here, is a broad term to which its ordinary and common meaning, as understood by those skilled in the art, should be attributed. The term is not limited to any specific or adapted meaning. Without limitation, the term can refer in particular to an embedded system of a bicycle. The device serves to monitor and display operating and environmental conditions, and in some cases, The term also refers directly to navigation. Specifically, it refers to an electronic device for the continuous measurement of speed and distance traveled while cycling. Almost all bicycle computers have additional functions, such as measuring cadence via a sensor mounted next to the crank arm, determining altitude (usually via a barometric altimeter), measuring gradients including a summary of total elevation gain, measuring heart rate via a chest strap, estimating the rider's energy expenditure based on heart rate, taking into account the rider's gender and body mass, displaying the time, displaying the temperature, using the device on two bicycles with separate odometers and time counters, and the ability to store and transfer data to a PC, thus enabling, for example, training analysis.
Die Vorrichtung kann weiterhin eine Speichervorrichtung zum Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern umfassen. Damit kann auf die Streckenparameter jederzeit zugegriffen werden.The device can also include a storage device for saving route parameters determined during operation of the bicycle. This allows the route parameters to be accessed at any time.
In einem weiteren Aspekt wird ein Fahrrad vorgeschlagen. Das Fahrrad umfasst einen Elektromotor, eine Versorgungsenergiequelle und eine Vorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.In another aspect, a bicycle is proposed. The bicycle comprises an electric motor, a power supply, and a device according to one of the embodiments described above or below.
Das Fahrrad kann weiterhin einen Bordcomputer umfassen. Die Vorrichtung kann mit dem Bordcomputer verbunden oder in den Bordcomputer integriert sein.The bicycle may still include an on-board computer. The device may be connected to or integrated into the on-board computer.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
- - Vorgeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- - Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- - Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads,
- - Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, oder Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
- - Specifying a route and desired effort level,
- - Determining route parameters of the journey route,
- - Determining the feasibility of the entered route based on the entered desired effort, the route parameters and a predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source,
- - Control of an electric motor support force according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the feasibility of the entered travel distance has been determined, or control of an electric motor support force according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the feasibility of the entered travel distance has not been determined.
Das Verfahren kann weiterhin Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, umfassen.The procedure may also include adjusting the corrected effort to the current capacity of the supply energy source if the feasibility of the entered travel distance has not been determined.
Das Verfahren kann weiterhin Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, falls keine Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, umfassen.The procedure may also include minimizing any deviation of the corrected effort from the specified desired effort if the feasibility of the specified travel distance has not been determined.
Die Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke kann vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads ermittelt werden.The feasibility of the specified route can be determined before and/or during operation of the bicycle based on the specified desired effort, the route parameters and the predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source.
Die Streckenparameter der Fahrstrecke können vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads ermittelt werden.The route parameters of the journey can be determined before and/or during operation of the bicycle.
Die Streckenparameter der Fahrstrecke können mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank ermittelt werden.The route parameters can be determined by retrieving route data from at least one database.
Das Verfahren kann weiterhin Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind, umfassen.The procedure may also include replacing the route parameters with estimated values and/or default values if the route data cannot be retrieved from the at least one database.
Das Verfahren kann weiterhin Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads umfassen.The procedure may also include rules regarding the assistance force of the electric motor, taking into account a measured effort of a bicycle operator.
Die gemessene Anstrengung kann Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfassen.The measured effort may include information about the rider's cadence, torque, power output, riding condition, pulse and/or respiratory rate.
Die Streckenparameter können Informationen mindestens zum Höhenprofil der vorgegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der vorgegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der vorgegebenen Fahrstrecke umfassen.The route parameters can provide information on at least the elevation profile of the specified route, the surface of the specified route The route and the weather along the specified route are included.
Die Realisierbarkeit der vorgegebenen Fahrstrecke kann mittels mindestens eines Algorithmus ermittelt werden.The feasibility of the given route can be determined using at least one algorithm.
Das Verfahren kann weiterhin Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter umfassen.The procedure can further include training the algorithm using route parameters determined during operation of the bicycle.
Das Verfahren kann weiterhin Eingeben bzw. Vorgeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad umfassen. Die Daten zum Fahrer umfassen insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers. Das Gewicht des Fahrers kann dabei auch das Gewicht von Gepäck des Fahrers umfassen. Die Daten zum Fahrrad umfassen insbesondere Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads. Somit können oder sollen Daten zu Fahrer und Fahrrad, inklusive Antriebssystem, vom Nutzer eingegeben werden. Dadurch sind die Berechnungen spezifisch für das Fahrrad, das verbaute Antriebssystem und den Fahrer. Außerdem können diese pro Fahrt individualisiert werden, um beispielsweise unterschiedliches Gepäckgewicht zu berücksichtigen.The process can also include entering or specifying data about the rider and/or bicycle. Rider data includes, in particular, information about the rider's weight, age, and fitness level. The rider's weight can also include the weight of any luggage. Bicycle data includes, in particular, data about the maximum energy consumption of the power source and the bicycle's drive system. Thus, data about the rider and bicycle, including the drive system, can or should be entered by the user. This ensures that the calculations are specific to the bicycle, the installed drive system, and the rider. Furthermore, these calculations can be customized for each trip to, for example, account for different luggage weights.
Das Verfahren kann weiterhin Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern umfassen.The procedure can also include storing route parameters determined during operation of the bicycle.
Das Verfahren kann weiterhin Verwenden einer Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen umfassen Das Verfahren kann computerimplementiert sein.The method may further include the use of a device according to one of the embodiments described above or below. The method may be computer-implemented.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when executed on a computer or computer network, performs the inventive method in one of its embodiments.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.Furthermore, the present invention proposes a computer program with program code means to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.The terms "computer-readable data carrier" and "computer-readable storage medium," as used here, can refer in particular to non-transitory data storage devices, such as a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or computer-readable storage medium can, in particular, be or comprise a storage medium such as random-access memory (RAM) and/or read-only memory (ROM).
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.Furthermore, within the scope of the present invention, a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and/or main memory of a computer or computer network, can execute the method according to the invention in one of its embodiments.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.The present invention also proposes a computer program product with program code means stored on a machine-readable medium to carry out the inventive method in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.In this context, a computer program product is understood to be the program as a marketable product. It can, in principle, exist in any form, such as on paper or a computer-readable data carrier, and can, in particular, be distributed via a data transmission network.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed which contains instructions executable by a computer system or computer network for carrying out a method according to one of the described embodiments.
Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.With regard to the computer-implemented aspects of the invention, one, several, or even all of the process steps of the method according to one or more of the embodiments proposed herein can be carried out by means of a computer or computer network. Thus, in general, any of the process steps, including the provision and/or manipulation of data, can be carried out by means of a computer or computer network. In general, these steps can include any of the process steps except those requiring manual labor, such as the provision of samples and/or certain aspects of carrying out actual measurements.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:
- Ausführungsform 1: Vorrichtung zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle, umfassend:
- eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- eine erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- eine zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads, und
- eine Regelungseinrichtung, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
- Ausführungsform 2: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
- Ausführungsform 3: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt.
- Ausführungsform 4: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads eingerichtet ist.
- Ausführungsform 5: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads eingerichtet ist.
- Ausführungsform 6: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank ausgebildet ist.
- Ausführungsform 7: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die erste Ermittlungseinrichtung zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte eingerichtet ist, falls die Streckendaten aus der mindestens einen Datenbank nicht abrufbar sind.
- Ausführungsform 8: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Regelungseinrichtung eingerichtet ist zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads.
- Ausführungsform 9: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die gemessene Anstrengung Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfasst.
- Ausführungsform 10: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Streckenparameter Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen.
- Ausführungsform 11: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus eingerichtet ist.
- Ausführungsform 12: Vorrichtung nach der Ausführungsform, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung zum Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter eingerichtet ist.
- Ausführungsform 13: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet ist, insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle.
- Ausführungsform 14: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung mit einem Bordcomputer des Fahrrads verbindbar oder in einen Bordcomputer des Fahrrads integrierbar ist.
- Ausführungsform 15: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend eine Speichervorrichtung zum Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern.
- Ausführungsform 16: Fahrrad, umfassend einen Elektromotor, eine Versorgungsenergiequelle und eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen.
- Ausführungsform 17: Fahrrad nach der Ausführungsform, weiterhin umfassend einen Bordcomputer, wobei die Vorrichtung mit dem Bordcomputer verbunden oder in den Bordcomputer integriert ist.
- Ausführungsform 18: Verfahren zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads mit einem Elektromotor und mit einer Versorgungsenergiequelle, umfassend:
- - Vorgeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung,
- - Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke,
- - Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads,
- - Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde, oder Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
- Ausführungsform 19: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
- Ausführungsform 20: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt wurde.
- Ausführungsform 21: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 20, wobei die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads basierend auf der vorgegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle des Fahrrads ermittelt wird.
- Ausführungsform 22: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 21, wobei die Streckenparameter der Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads ermittelt werden.
- Ausführungsform 23: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 22, wobei die Streckenparameter der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus einer Datenbank ermittelt werden.
- Ausführungsform 24: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der Datenbank nicht abrufbar sind.
- Ausführungsform 25: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 24, weiterhin umfassend Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads.
- Ausführungsform 26: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die gemessene Anstrengung Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads umfasst.
- Ausführungsform 27: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 26, wobei die Streckenparameter Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke umfassen.
- Ausführungsform 28: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 27, wobei die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus ermittelt wird.
- Ausführungsform 29: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, weiterhin umfassend Trainieren des Algorithmus mittels während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparameter.
- Ausführungsform 30: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 29, weiterhin umfassend Speichern von während eines Betriebs des Fahrrads ermittelter Streckenparametern.
- Ausführungsform 31: Verfahren nach einem der Ausführungsformen 18 bis 30, weiterhin umfassend Vorgeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet ist, insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads.
- Ausführungsform 32: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 31, weiterhin umfassend Verwenden einer Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 15.
- Ausführungsform 33: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 18 bis 32, wobei das Verfahren computerimplementiert ist.
- Embodiment 1: Device for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle with an electric motor and an energy supply source, comprising:
- an input device for entering a distance traveled and a desired effort level,
- a first investigative device for determining route parameters of the journey route,
- a second determination device for determining the feasibility of the entered route based on the entered desired effort, the route parameters and a predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source, and
- a control device, wherein the control device is configured to regulate a support force of the electric motor according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the second determining device determines a feasibility of the entered travel distance, wherein the control device is configured to regulate a support force of the electric motor according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the second determining device does not determine a feasibility of the entered travel distance.
- Embodiment 2: Device according to the embodiment, wherein the control device is configured to adapt the corrected effort to the current capacity of the supply energy source if the second determining device does not determine the feasibility of the entered travel distance.
- Embodiment 3: Device according to the embodiment, wherein the control device is configured to minimize a deviation of the corrected effort from the input desired effort if the second determining device does not determine the feasibility of the input travel distance.
- Embodiment 4: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the second determining device is set up to determine the feasibility of the entered travel distance before and/or during operation of the bicycle based on the entered desired effort, the route parameters and the predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's supply energy source.
- Embodiment 5: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the first detection device is set up to determine route parameters of the journey before and/or during operation of the bicycle.
- Embodiment 6: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the first determination device is designed to determine route parameters of the journey route by retrieving route data from at least one database.
- Embodiment 7: Device according to the embodiment, wherein the first determination device is set up to replace the route parameters with estimated values and/or standard values if the route data cannot be retrieved from the at least one database.
- Embodiment 8: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the control device is configured to control the support force of the electric motor taking into account a measured effort of an operator of the bicycle.
- Embodiment 9: Device according to the embodiment, wherein the measured effort includes information on a cadence, a pedaling torque, a pedaling power, a riding condition, a pulse and/or a respiratory rate of the operator of the bicycle.
- Embodiment 10: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the route parameters include information on at least the elevation profile of the entered route, the surface of the entered route and the weather along the entered route.
- Embodiment 11: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the second determining device is set up to determine the feasibility of the entered route by means of at least one algorithm.
- Embodiment 12: Device according to the embodiment, wherein the second detection device is set up to train the algorithm using route parameters determined during operation of the bicycle.
- Embodiment 13: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the input device is configured for entering data on the rider and/or bicycle, in particular data on the rider's weight, age, and fitness level. and/or data on the maximum energy consumption of the supply energy source.
- Embodiment 14: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the device can be connected to or integrated into an on-board computer of the bicycle.
- Embodiment 15: Device according to one of the preceding embodiments, further comprising a storage device for storing route parameters determined during operation of the bicycle.
- Embodiment 16: Bicycle comprising an electric motor, a power supply source and a device according to one of the preceding embodiments.
- Embodiment 17: Bicycle according to the embodiment, further comprising an on-board computer, wherein the device is connected to or integrated into the on-board computer.
- Embodiment 18: Method for predictively controlling the energy supply and range of a bicycle with an electric motor and an energy supply source, comprising:
- - Specifying a route and desired effort level,
- - Determining route parameters of the journey route,
- - Determining the feasibility of the entered route based on the entered desired effort, the route parameters and a predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source,
- - Control of an electric motor support force according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the feasibility of the entered travel distance has been determined, or control of an electric motor support force according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source, if the feasibility of the entered travel distance has not been determined.
- Embodiment 19: Method according to the preceding embodiment, further comprising adjusting the corrected effort to the current capacity of the supply energy source if the feasibility of the entered driving distance has not been determined.
- Embodiment 20: Method according to the preceding embodiment, further comprising minimizing a deviation of the corrected effort from the input desired effort if the feasibility of the input travel distance has not been determined.
- Embodiment 21: Method according to one of embodiments 18 to 20, wherein the feasibility of the entered distance traveled is determined before and/or during operation of the bicycle based on the specified desired effort, the distance parameters and the predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply source.
- Embodiment 22: Method according to one of embodiments 18 to 21, wherein the route parameters of the journey are determined before and/or during operation of the bicycle.
- Embodiment 23: Method according to one of embodiments 18 to 22, wherein the route parameters of the journey route are determined by retrieving route data from a database.
- Embodiment 24: Method according to the preceding embodiment, further comprising replacing the route parameters with estimated values and/or standard values if the route data cannot be retrieved from the database.
- Embodiment 25: Method according to one of embodiments 18 to 24, further comprising rules of the support force of the electric motor taking into account a measured effort of an operator of the bicycle.
- Embodiment 26: Method according to the preceding embodiment, wherein the measured effort includes information on a cadence, a pedaling torque, a pedaling power, a riding condition, a pulse and/or a respiratory rate of the operator of the bicycle.
- Embodiment 27: Method according to one of embodiments 18 to 26, wherein the route parameters include information at least on the elevation profile of the entered route, the surface of the entered route and the weather along the entered route.
- Embodiment 28: Method according to one of embodiments 18 to 27, wherein the feasibility of the entered travel distance with is determined by at least one algorithm.
- Embodiment 29: Method according to the preceding embodiment, further comprising training the algorithm using route parameters determined during operation of the bicycle.
- Embodiment 30: Method according to one of embodiments 18 to 29, further comprising storing route parameters determined during operation of the bicycle.
- Embodiment 31: Method according to one of embodiments 18 to 30, further comprising specifying data on the rider and/or bicycle, in particular data on the rider's weight, rider's age, rider's fitness level and/or data on the maximum energy consumption of the supply energy source and the bicycle's drive system.
- Embodiment 32: Method according to one of embodiments 18 to 31, further comprising using a device according to one of embodiments 1 to 15.
- Embodiment 33: Method according to one of embodiments 18 to 32, wherein the method is computer-implemented.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the characters
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features will become apparent from the following description of exemplary embodiments, particularly in conjunction with the dependent claims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not limited to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. Identical reference numerals in the individual figures denote identical or functionally equivalent elements, or elements that correspond to one another with respect to their functions.
Im Einzelnen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung eines Algorithmus der erfindungsgemäßen Vorrichtung und -
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a device according to the invention; -
2 a schematic representation of an algorithm of the device according to the invention and -
3 a flowchart of a method according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary implementations
Die Vorrichtung 100 weist eine Eingabeeinrichtung 112 zum Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten Anstrengung auf. Die Eingabeeinrichtung 112 kann zu diesem Zweck eine Tastatur aufweisen. Bevorzugt kann die Eingabeeinrichtung 112 ein Display mit einer dargestellten Tastatur zum Eingeben aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass die Eingabeeinrichtung 112 alternativ oder zusätzlich eine Spracheingabeeinrichtung und/oder individuelle Benutzeroberfläche und dergleichen aufweisen kann. Beispielsweise ist die Vorrichtung 100 mit einem nicht näher dargestellten Navigationssystem verbunden oder weist ein Navigationssystem auf. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Navigationssystem als Anwendung (App) auf dem Smartphone 110 implementiert. Die Fahrstrecke kann durch Eingabe eines Startpunkts und eines Zielpunkts definiert werden. Der Startpunkt und der Zielpunkt können in Form einer Adresse oder als GPS-Koordinaten eingegeben werden. Die Eingabeeinrichtung 112 kann weiterhin zum Eingeben von Daten zum Fahrer und/oder Fahrrad eingerichtet sein. So kann der Fahrer insbesondere Daten zum Gewicht des Fahrers, Alters des Fahrers, Fitnesszustand des Fahrers und/oder Daten zu einem maximalen Energieverbrauch der Versorgungsenergiequelle und Antriebssystem des Fahrrads 102 eingeben.The device 100 has an input device 112 for entering a route and a desired effort level. The input device 112 may have a keyboard for this purpose. Preferably, the input device 112 may have a display with a keyboard shown for input. However, it is understood that the input device 112 may alternatively or additionally have a voice input device and/or a custom user interface, and the like. For example, the device 100 is connected to or has a navigation system (not shown). In the illustrated embodiment, the navigation system is implemented as an application (app) on the smartphone 110. The route can be defined by entering a starting point and a destination point. The starting point and the destination point can be entered as an address or as GPS coordinates. The input device 112 may also be configured for entering data about the rider and/or bicycle. In particular, the rider can enter data on the rider's weight, age, fitness level and/or data on the maximum energy consumption of the power supply and drive system of the bicycle 102.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine erste Ermittlungseinrichtung 114 zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke auf. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 kann als ein Computer ausgebildet sein oder einen Computer umfassen. Die Streckenparameter umfassen Informationen mindestens zum Höhenprofil der eingegebenen Fahrstrecke, zum Untergrund der eingegebenen Fahrstrecke und dem Wetter entlang der eingegebenen Fahrstrecke. Das Wetter umfasst die Temperatur, Windstärke, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Regenwahrscheinlichkeit entlang der Fahrstrecke. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist eingerichtet zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke mittels Abrufens von Streckendaten aus mindestens einer Datenbank 116. Beispielsweise kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 drahtlos über das Internet aus mindestens einer Datenbank 116 eines Providers abrufen. Bevorzugt werden mehrere Web-APIs verwendet. Entsprechend kann die Datenbank in einer Cloud 118 realisiert sein. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist insbesondere eingerichtet zum Ermitteln von Streckenparametern der Fahrstrecke vor und während eines Betriebs des Fahrrads 102. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 ist eingerichtet zum Ersetzen der Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder Standardwerte, falls die Streckendaten aus der Datenbank nicht abrufbar sind. Sollte beispielsweise keine Internetverbindung zur Datenbank während einer Fahrt oder vor einer Fahrt bestehen, kann die erste Ermittlungseinrichtung 114 anstelle abgerufener Streckenparameter Schätzwerte und/oder Standardwerte verwenden, die in einem nicht näher gezeigten internen Speicher der Vorrichtung 100 hinterlegt sind.The device 100 further comprises a first determination unit 114 for determining route parameters of the driving route. The first determination unit 114 can be configured as a computer or comprise a computer. The route parameters include information on at least the elevation profile of the entered driving route, the surface of the entered driving route, and the weather along the entered driving route. The weather includes the temperature, wind speed, wind direction, humidity, and probability of rain along the driving route. The first determination unit 114 is configured to determine route parameters of the driving route by retrieving route data from at least The first investigation device 114 can retrieve data wirelessly from at least one database 116 of a provider via the Internet. Preferably, several web APIs are used. Accordingly, the database can be implemented in a cloud 118. The first investigation device 114 is specifically configured to determine route parameters of the journey before and during operation of the bicycle 102. The first investigation device 114 is configured to replace the route parameters with estimated values and/or default values if the route data cannot be retrieved from the database. For example, if there is no Internet connection to the database during or before a journey, the first investigation device 114 can use estimated values and/or default values stored in an internal memory of the device 100 (not shown) instead of retrieved route parameters.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine zweite Ermittlungseinrichtung 120 zum Ermitteln einer Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102 auf. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 kann als ein Computer ausgebildet sein oder einen Computer umfassen. Die erste Ermittlungseinrichtung 114 und die zweite Ermittlungseinrichtung 120 können separate Einrichtungen sein oder zu einer Einheit integriert sein. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ist insbesondere eingerichtet zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke vor und/oder während eines Betriebs des Fahrrads 102 basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102. Dabei wird von der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 für die Ermittlung der Realisierbarkeit berücksichtigt, dass nicht die gesamte aktuelle Kapazität für die Regelung einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 zur Verfügung steht, sondern eine Reserve oder Restenergie von beispielsweise 20 %, 15% oder 10% vorgehalten wird. Die Menge an vorgehaltener Restenergie kann vom Fahrer oder vom Hersteller vorgegeben sein bzw. werden. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ist eingerichtet zum Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus, der nachstehend unter Bezugnahme auf
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Regelungseinrichtung 122 auf. Die Regelungseinrichtung 122 ist eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist weiterhin eingerichtet zum Regeln einer Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist eingerichtet zum Anpassen der korrigierten Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Insbesondere ist die Regelungseinrichtung 122 eingerichtet zum Minimieren einer Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Regelungseinrichtung 122 ist weiterhin eingerichtet zum Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors 104 unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads 102. Die gemessene Anstrengung umfasst Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, insbesondere Geschwindigkeit, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102. Die Trittfrequenz kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors des Fahrrads 102 erfasst werden. Der Puls und/oder die Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102 kann mittels Sensoren in einem Brustgurt und/oder einer Uhr, wie beispielsweise einer Smartwatch, erfasst werden, die mit der Vorrichtung 100 kommunizierend verbunden sind, wie beispielsweise mittels Bluetooth.The device 100 further comprises a control unit 122. The control unit 122 is configured to regulate the assistance force of the electric motor 104 according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the power supply 106, if the second detection unit 120 determines that the entered travel distance is feasible. The control unit 122 is further configured to regulate the assistance force of the electric motor 104 according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the power supply 106, if the second detection unit 120 does not determine that the entered travel distance is feasible. The control unit 122 is configured to adjust the corrected effort to the current capacity of the power supply 106 if the second detection unit 120 does not determine that the entered travel distance is feasible. In particular, the control device 122 is configured to minimize any deviation of the corrected effort from the input desired effort if the second determination device 120 does not determine that the input distance is feasible. The control device 122 is further configured to regulate the assistance force of the electric motor 104, taking into account the measured effort of the operator of the bicycle 102. The measured effort includes information on cadence, torque, power, riding condition, in particular speed, pulse, and/or respiratory rate of the operator of the bicycle 102. The cadence can be detected, for example, by means of a speed sensor on the bicycle 102. The pulse and/or respiratory rate of the operator of the bicycle 102 can be detected by means of sensors in a chest strap and/or a watch, such as a smartwatch, which are connected to the device 100 via a communication protocol, such as Bluetooth.
Die Vorrichtung 100 kann wie folgt modifiziert werden. Die Vorrichtung 100 kann eine eigene Vorrichtung 100 sein. Die Vorrichtung 100 kann mit dem Bordcomputer 108 mittels mindestens eines Kabels verbindbar oder verbunden sein, wie beispielsweise mittels eines USB-Kabels. Alternativ kann die Vorrichtung 100 in den Bordcomputer 108 integrierbar oder integriert sein. Alternativ zu der beschriebenen dargestellten Tastatur der Eingabeeinrichtung 112 kann die Tastatur eine physische Tastatur sein.The device 100 can be modified as follows. The device 100 can be a standalone device 100. The device 100 can be connectable to or connected to the on-board computer 108 by means of at least one cable, such as a USB cable. Alternatively, the device 100 can be integrated into or be integrated into the on-board computer 108. As an alternative to the keyboard of the input device 112 described above, the keyboard can be a physical keyboard.
Nachstehend wird die Betriebsweise der Vorrichtung 100 näher beschrieben. Die Vorrichtung 100 kann im Rahmen eines Verfahrens zum prädiktiven Regeln einer Versorgungsenergie und Reichweite eines Fahrrads 102 mit einem Elektromotor 104 und mit einer Versorgungsenergiequelle 106 verwendet werden. Ein entsprechendes Verfahren als Betriebsweise der Vorrichtung 100 wird unter Bezugnahme auf
Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt in Schritt S22 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und eines vorbestimmten Anteils einer aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102 vor Beginn der Fahrt. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke mittels mindestens eines Algorithmus.The second determination device 120 determines in step S22 the feasibility of the entered route based on the entered desired effort, the route parameters, and a predetermined proportion of the current capacity of the bicycle's power supply 106 before the start of the journey. The second determination device 120 determines the feasibility of the entered route using at least one algorithm.
Falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 eine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt, regelt die Regelungseinrichtung 122 in Schritt S24 eine Unterstützungskraft des Elektromotors 104 des Fahrrads 102 entsprechend der gewünschten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106. Mit anderen Worten kann der Fahrer die Fahrt mit der von ihm gewünschten Anstrengung durchführen, sofern die Berechnungen bzw. Ermittlungen der zweiten Ermittlungseinrichtung 120 ergeben, dass die Versorgungsenergiequelle 106 für die eingegebene Fahrstrecke unter Berücksichtigung der Streckenparameter ausreichend Versorgungsenergie enthält bzw. bereithält.If the second determining device 120 determines that the entered route is feasible, the control device 122 regulates the assistance force of the electric motor 104 of the bicycle 102 in step S24 according to the desired effort and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source 106. In other words, the rider can complete the journey with the desired effort, provided that the calculations or determinations of the second determining device 120 show that the supply energy source 106 contains or provides sufficient supply energy for the entered route, taking into account the route parameters.
Der Hintergrund für die Berechnung bzw. Ermittlung der Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke unter Berücksichtigung unter anderem der Streckenparameter im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Streckenparameter unmittelbaren Einfluss auf die für die Fahrstrecke benötigte Menge an Versorgungsenergie haben. So wird bei einer Fahrt auf einer hügeligen oder bergigen Strecke mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei einer Fahrt auf einer ebenem Strecke benötigt. Ebenso wird bei einer Fahrt auf losem oder steinigem Untergrund, wie beispielsweise einem Feldweg, mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als auf einem asphaltierten Untergrund benötigt. Weiterhin wird bei einer Fahrt mit Gegenwind mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei Rückenwind oder windstillen Wetterverhältnissen benötigt. Weiterhin wird bei einer Fahrt bei hohen Temperaturen, beispielsweise von 30°C oder mehr, mehr Unterstützungskraft und somit mehr Versorgungsenergie als bei vergleichsweise moderaten Temperaturen von beispielsweise 20°C benötigt, da höhere Temperaturen allgemein eine höhere Anstrengung für den Fahrer bedingen als moderate Temperaturen.The background for calculating or determining the feasibility of the entered route, taking into account, among other things, The route parameter within the scope of the present invention is that the route parameters have a direct influence on the amount of power required for the journey. For example, riding on a hilly or mountainous route requires more assistance and therefore more power than riding on a flat route. Similarly, riding on loose or stony ground, such as a dirt road, requires more assistance and therefore more power than riding on asphalt. Furthermore, riding against a headwind requires more assistance and therefore more power than riding with a tailwind or in calm weather conditions. Finally, riding in high temperatures, for example 30°C or higher, requires more assistance and therefore more power than riding in comparatively moderate temperatures of, for example, 20°C, since higher temperatures generally require more effort from the rider than moderate temperatures.
Falls dahingegen die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke basierend auf der gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und der aktuellen Kapazität ermittelt, regelt die Regelungseinrichtung 122 in Schritt S26 die Unterstützungskraft des Elektromotors 104 entsprechend einer korrigierten Anstrengung und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106. Falls beispielsweise die Versorgungsenergiequelle 106 nicht genügend Versorgungsenergie bereithalten würde, um die Fahrstrecke aufgrund der ermittelten Streckenparameter befahren zu können, wird die Unterstützungsenergie reduziert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, falls die Strecke zu viele Steigungen, zu schlechten Untergrund und/oder ungünstige Wetterverhältnisse enthalten würde, die mit der aktuellen Kapazität und bei der gewünschten Anstrengung nicht möglich zu befahren wäre. Insbesondere passt die Regelungseinrichtung 122 die korrigierte Anstrengung an die aktuelle Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 an, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Genauer minimiert die Regelungseinrichtung 122 eine Abweichung der korrigierten Anstrengung von der eingegebenen gewünschten Anstrengung, falls die zweite Ermittlungseinrichtung 120 keine Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ermittelt. Ist die gewünschte Anstrengung nicht realisierbar, so wird also die Anstrengungsvorgabe gesucht, welche mit der Unterstützung bzw. dem vorbestimmten Anteil der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 umsetzbar ist und die Anstrengung des Fahrers, im Vergleich zur gewünschten Anstrengung, so minimal wie möglich erhöht. Die so gefundene Anstrengung wird dann als Vorgabe an die Regelung der Unterstützung gegeben.If, on the other hand, the second determination unit 120 does not determine that the entered route is feasible based on the desired effort, the route parameters, and the current capacity, the control unit 122 adjusts the support force of the electric motor 104 in step S26 according to a corrected effort and the predetermined proportion of the current capacity of the power supply 106. For example, if the power supply 106 would not provide sufficient power to travel the route based on the determined route parameters, the support force is reduced. This could be the case, for example, if the route contained too many inclines, poor surface conditions, and/or adverse weather conditions that would be impossible to traverse with the current capacity and the desired effort. In particular, the control unit 122 adjusts the corrected effort to the current capacity of the power supply 106 if the second determination unit 120 does not determine that the entered route is feasible. More precisely, the control unit 122 minimizes any deviation of the corrected effort from the input desired effort if the second determination unit 120 does not determine that the input distance is feasible. If the desired effort is not achievable, the system then seeks the effort target that can be implemented with the support or the predetermined proportion of the current capacity of the power supply 106 and that increases the driver's effort as little as possible compared to the desired effort. The effort thus determined is then given as a target to the support control.
Auch während eines Betriebs des Fahrrads 102 ermittelt die erste Ermittlungseinrichtung 114 die Streckenparameter der Fahrstrecke. Das Verfahren kehrt somit in Anschluss zu Schritt S24 bzw. Schritt S26 zu Schritt S12 zurück. So kann sich beispielsweise während der Fahrt das Wetter ändern, was somit erfasst und für die Regelung berücksichtigt wird. Auch können die tatsächlichen Eigenschaften des Untergrunds von den abgerufenen Daten abweichen, beispielsweise aufgrund von baulichen Veränderungen des Untergrunds. Die während eines Betriebs des Fahrrads 102 ermittelten Streckenparametern können dann optional in einer Speichervorrichtung 124 der Vorrichtung 100 gespeichert werden. Die zweite Ermittlungseinrichtung 120 ermittelt die Realisierbarkeit der eingegebenen Fahrstrecke ebenfalls während eines Betriebs des Fahrrads 102 basierend auf der eingegebenen gewünschten Anstrengung, den Streckenparametern und des vorbestimmten Anteils der aktuellen Kapazität der Versorgungsenergiequelle 106 des Fahrrads 102. Da die Vorrichtung 100 auch Abweichungen zwischen der Prädiktion oder den zu Grunde liegenden Streckeneigenschaften und der Realität berücksichtigen muss, wird die Optimierung der Anstrengung regelmäßig für die dann noch zu fahrende Strecke und der dafür zur Verfügung stehenden elektrischen Versorgungsenergie ausgeführt.Even while the bicycle 102 is in operation, the first detection unit 114 determines the route parameters. The process then returns to step S12 after step S24 or step S26. For example, the weather can change during the ride, which is then recorded and taken into account for the control system. The actual properties of the ground can also differ from the retrieved data, for example, due to structural changes in the ground. The route parameters determined during the operation of the bicycle 102 can then optionally be stored in a storage device 124 of the device 100. The second determination device 120 also determines the feasibility of the entered travel distance during operation of the bicycle 102 based on the entered desired effort, the route parameters and the predetermined proportion of the current capacity of the supply energy source 106 of the bicycle 102. Since the device 100 must also take into account deviations between the prediction or the underlying route characteristics and reality, the optimization of the effort is regularly carried out for the distance still to be traveled and the electrical supply energy available for this purpose.
Die Regelungseinrichtung 122 regelt die Unterstützungskraft des Elektromotors 104 unter Berücksichtigung einer gemessenen Anstrengung eines Bedieners des Fahrrads 102. Die gemessene Anstrengung umfasst wie erwähnt Informationen zu einer Trittfrequenz, einem Trittmoment, einer Trittleistung, einem Fahrzustand, wie beispielsweise Geschwindigkeit, einem Puls und/oder einer Atemfrequenz des Bedieners des Fahrrads 102. Um sowohl die Vorhersage der Fahrt als auch den dem Fahrer entsprechenden Anstrengungswertebereich zu spezifizieren, wird anhand von geeigneten Messungen der Fahrerantriebscharakteristik der entsprechende Wertebereich für die Anstrengung definiert. Initial wird der Wertebereich aus einer Angabe des Fahrers über das eigene Fitnesslevel bestimmt. Zudem kann der Fahrer vor jeder Fahrt die gewünschte Anstrengungsintensität einstellen, der Wertebereich wird dann entsprechend skaliert. Sollten die Streckenparameter für die beschriebene Funktion nicht zur Verfügung stehen, werden diese geschätzt oder durch repräsentative Standardwerte ersetzt. In diesem Fall sind allerdings die Größen zur Messung der Fahreranstrengung sowie die Messung der Energiemenge zwingend erforderlich, wobei diese für die ordnungsgemäße Funktion des E-Bike-Antriebssystems ohnehin zur Verfügung stehen müssen.The control unit 122 regulates the assistance power of the electric motor 104, taking into account the measured effort of the operator of the bicycle 102. As mentioned, the measured effort includes information on cadence, torque, power output, riding conditions such as speed, pulse, and/or respiratory rate of the operator of the bicycle 102. To specify both the prediction of the ride and the corresponding effort range for the rider, the appropriate effort range is defined based on suitable measurements of the rider's drive characteristics. Initially, the range is determined from the rider's stated fitness level. Furthermore, the rider can set the desired effort intensity before each ride, and the range is then scaled accordingly. If the route parameters for the described function are not available, they are estimated or replaced by representative standard values. In this case, however, the parameters for measuring rider effort and energy consumption are essential, as these must be available for the proper functioning of the e-bike drive system anyway.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und dem erfindungsgemäßen Verfahren bekommt der Fahrer eines E-Bikes eine präzise Information über die Realisierbarkeit seines Anstrengungswunsches sowie dem dabei entstehenden Energieverbrauch für eine geplante Strecke. Sollte die Energie nicht für die vom Fahrer gewünschte Anstrengung ausreichen, erfolgt die Erhöhung der Anstrengung in der kleinstmöglichen Art und Weise, indem die Unterstützung entsprechend über die Strecke verteilt wird, und vorhersagt welche Anstrengung jeweils realisierbar ist. Dadurch, dass die Unterstützungsintensität während der Fahrt anhand einer als realisierbar ermittelten Anstrengung geregelt wird und nicht durch die zuvor erfolgte Optimierung vorgegeben wird, ist die Erfindung zudem resistent gegenüber Abweichungen der Vorhersage gegenüber der Realität.With the device 100 and the method according to the invention, the rider of an e-bike receives precise information about the feasibility of their desired exertion level and the resulting energy consumption for a planned route. If the energy is insufficient for the exertion desired by the rider, the effort is increased in the smallest possible way by distributing the assistance accordingly over the route, predicting the achievable effort level at any given time. Because the assistance intensity during the ride is regulated based on an effort level determined to be achievable, and not predetermined by prior optimization, the invention is also resistant to deviations between the prediction and reality.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- Vorrichtungdevice
- 102102
- FahrradBicycle
- 104104
- Elektromotorelectric motor
- 106106
- VersorgungsenergiequelleEnergy supply source
- 108108
- BordcomputerOn-board computer
- 110110
- SmartphoneSmartphone
- 112112
- EingabeeinrichtungInput device
- 114114
- erste Ermittlungseinrichtungfirst investigative institution
- 116116
- Datenbankdatabase
- 118118
- CloudCloud
- 120120
- zweite Ermittlungseinrichtungsecond investigative unit
- 122122
- RegelungseinrichtungControl device
- 124124
- Speichervorrichtungstorage device
- S10S10
- Vor- bzw. Eingeben einer Fahrstrecke und einer gewünschten AnstrengungPre-setting or entering a route and desired effort level
- S12S12
- Ermitteln von Streckenparametern der FahrstreckeDetermining route parameters of the journey
- S14S14
- Überprüfen auf Abrufbarkeit von Streckendaten aus DatenbankChecking for the availability of route data from the database
- S16S16
- Übermitteln der Streckenparameter an zweite ErmittlungseinrichtungTransmitting the route parameters to the second investigation unit
- S18S18
- Ersetzen Streckenparameter durch Schätzwerte und/oder StandardwerteReplace route parameters with estimated values and/or default values.
- S20S20
- Übermitteln der Schätzwerte und/oder Standardwerte als Streckenparameter an zweite ErmittlungseinrichtungTransmit the estimated values and/or standard values as route parameters to the second determination facility.
- S22S22
- Ermitteln der Realisierbarkeit der eingegebenen FahrstreckeDetermining the feasibility of the entered route
- S24S24
- Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors des Fahrrads entsprechend der gewünschten Anstrengung und der aktuellen Kapazität der VersorgungsenergiequelleRules of the assistance power of the bicycle's electric motor according to the desired effort and the current capacity of the supply energy source.
- S26S26
- Regeln der Unterstützungskraft des Elektromotors des Fahrrads entsprechend der korrigierten Anstrengung und der aktuellen Kapazität der VersorgungsenergiequelleRules of the assistance power of the bicycle's electric motor according to the corrected effort and the current capacity of the supply energy source
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| DE102020001387A1 (en) | Method for a vehicle approaching a grade, controller, powertrain, vehicle, computer program and computer readable medium |
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| R018 | Grant decision by examination section/examining division |