DE102023135803A1 - Drive system for an electric bicycle with a control unit and method for determining pedal power - Google Patents
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Abstract
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad (1), mit einer Tretlagerwelle (T) zum Aufbringen eines Fahrerdrehmoments mit einer Fahrertrittfrequenz für eine Erzeugung einer Trittleistung für eine muskelkraftbetätigte Fortbewegung des Elektrofahrrads (1), mindestens einem Antriebsmotor (A) zum Bereitstellen einer fremdkraftbetätigt erzeugten Antriebsleistung zusätzlich zu der Trittleistung, einer Drehmomenteinheit (2) zur Bestimmung des Fahrerdrehmoments und einer Frequenzeinheit (3) zur Bestimmung der Fahrertrittfrequenz. Eine elektronische Steuereinheit (100) ist dazu eingerichtet und vorgesehen, aus der Fahrertrittfrequenz und dem Fahrerdrehmoment die Trittleistung zu ermitteln.The proposed solution relates to a drive system for an electric bicycle (1), comprising a bottom bracket shaft (T) for applying a rider torque at a rider cadence for generating pedaling power for muscle-powered propulsion of the electric bicycle (1), at least one drive motor (A) for providing externally powered drive power in addition to the pedaling power, a torque unit (2) for determining the rider torque, and a frequency unit (3) for determining the rider cadence. An electronic control unit (100) is configured and provided to determine the pedaling power from the rider cadence and the rider torque.
Description
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8.The proposed solution relates to a drive system for an electric bicycle according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 8.
Ein derartiges Antriebssystem weist einen Antriebsmotor auf. Bekanntermaßen wird der Antriebsmotor genutzt, um zusätzlich zu einer Trittleistung, die von einem Fahrer des Elektrofahrrads aufgebracht wird, eine Antriebsleistung für die Fortbewegung des Elektrofahrrads zur Verfügung zu stellen. Der Fahrer des Elektrofahrrads kann dadurch mit weniger Anstrengung eine schnellere Fortbewegung des Elektrofahrrads erzielen.Such a drive system includes a drive motor. As is well known, the drive motor is used to provide propulsion power for the electric bicycle in addition to the pedaling power provided by the electric bicycle rider. This allows the electric bicycle rider to achieve faster propulsion with less effort.
Grundsätzlich ist es für einen Fahrer eines Elektrofahrrad wünschenswert, seine körperliche Leistungsfähigkeit dokumentieren zu können. Vor diesem Hintergrund liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad zur Verfügung zu stellen, das ein verbessertes Benutzererlebnis für den Fahrer des Elektrofahrrads bietet.Fundamentally, it is desirable for an electric bicycle rider to be able to document their physical performance. Against this background, the proposed solution is based on the task of providing a drive system for an electric bicycle that offers an improved user experience for the electric bicycle rider.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung ist ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad vorgesehen.According to a first aspect of the proposed solution, a drive system for an electric bicycle is provided.
Ein derartiges Antriebssystem weist eine Tretlagerwelle zum Aufbringen eines Fahrerdrehmoments mit einer Fahrertrittfrequenz für eine Erzeugung einer Trittleistung für eine muskelkraftbetätigte Fortbewegung des Elektrofahrrads auf. Das Fahrerdrehmoment kann beispielsweise über eine Tretkurbel (ggf. in Verbindung mit einem Pedal) auf die Tretlagerwelle aufgebracht werden. Bei der Fahrertrittfrequenz (alternativ auch bezeichnet als Kadenz) kann es sich um eine Angabe von Umdrehungen der Tretlagerwelle pro Zeiteinheit handeln.Such a drive system has a bottom bracket spindle for applying a rider torque at a rider cadence to generate pedaling power for muscle-powered propulsion of the electric bicycle. The rider torque can be applied to the bottom bracket spindle, for example, via a crank (possibly in conjunction with a pedal). The rider cadence (alternatively referred to as cadence) can be a measurement of the revolutions of the bottom bracket spindle per unit of time.
Weiterhin weist das Antriebssystem mindestens einen Antriebsmotor zum Bereitstellen einer fremdkraftbetätigt erzeugten Antriebsleistung zusätzlich zu der Trittleistung, eine Drehmomenteinheit zur Bestimmung des Fahrerdrehmoments und eine Frequenzeinheit zur Bestimmung der Fahrertrittfrequenz auf. Der mindestens eine Antriebsmotor kann beispielsweise einen Elektromotor aufweisen. Die Frequenzeinheit kann beispielsweise mindestens einen magnetischen Sensor aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Frequenzeinheit dazu eingerichtet und vorgesehen sein, die Fahrertrittfrequenz aus einem zeitlichen Verlauf des Fahrerdrehmoments zu bestimmen. Denn das Fahrerdrehmoment ist in der Regel maximal, wenn dem Fahrer ein großer Hebelarm zur Einwirkung auf die Tretlagerwelle zur Verfügung steht und minimal, wenn der Hebelarm sehr klein ist. Durch die Kreisbewegung der Tretkurbel um die Tretlagerwelle beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Antriebssystems, können auf diese Weise zyklische Schwankungen des Fahrerdrehmoments auftreten, die eine Periodizität haben, aus der sich die Fahrertrittfrequenz bestimmen lässt. Zum Beispiel kann diese einen Hügel pro Tretkurbel-Halbumdrehung aufweisen. Die Drehmomenteinheit kann mindestens einen Drehmomentsensor umfassen.Furthermore, the drive system comprises at least one drive motor for providing externally powered drive power in addition to the pedaling power, a torque unit for determining the rider's torque, and a frequency unit for determining the rider's cadence. The at least one drive motor can, for example, comprise an electric motor. The frequency unit can, for example, comprise at least one magnetic sensor. Alternatively or additionally, the frequency unit can be configured and provided to determine the rider's cadence from a temporal progression of the rider's torque. This is because the rider's torque is generally at its maximum when the rider has a large lever arm available to act on the bottom bracket spindle and at its minimum when the lever arm is very small. Due to the circular movement of the pedal crank around the bottom bracket spindle during intended use of the drive system, cyclical fluctuations in the rider's torque can occur. These fluctuations have a periodicity from which the rider's cadence can be determined. For example, this can comprise one hill per half revolution of the pedal crank. The torque unit can comprise at least one torque sensor.
Eine elektronische Steuereinheit des Antriebssystems ist dazu eingerichtet und vorgesehen, aus der Fahrertrittfrequenz und dem Fahrerdrehmoment die Trittleistung zu ermitteln. Hierzu kann die elektronische Steuereinheit Werte der Fahrertrittfrequenz und des Fahrerdrehmoments, die der Steuereinheit von der Frequenzeinheit und der Drehmomenteinheit zur Verfügung gestellt werden können, nutzen.An electronic control unit of the drive system is configured and intended to determine pedaling power from the rider's cadence and torque. For this purpose, the electronic control unit can use values of the rider's cadence and torque that can be provided to the control unit by the frequency unit and the torque unit.
Üblicherweise wird für die Messung der Trittleistung an einem Elektrofahrrad oder Biobike eine spezielle Kurbel genutzt, die für eine Leistungsmessung konfiguriert ist. Demgegenüber ermöglicht die vorgeschlagene Lösung eine einfache und kostengünstige Lösung, die keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Denn die Fahrertrittfrequenz und das Fahrerdrehmoment werden auch für die Berechnung der Antriebsleistung gemessen. Typically, a special crank configured for power measurement is used to measure pedaling power on an electric bike or biobike. In contrast, the proposed solution enables a simple and cost-effective solution that requires no additional components. The rider's cadence and torque are also measured to calculate the drive power.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet und vorgesehen, die Trittleistung aus dem (mathematischen) Produkt von Fahrertrittfrequenz und Fahrerdrehmoment zu berechnen. Konkret kann die Trittleistung aus der Formel 2*pi*Fahrertrittfrequenz*Fahrerdrehmoment ermittelt werden.In one embodiment, the control unit is configured and provided to calculate the pedaling power from the (mathematical) product of the rider's cadence and the rider's torque. Specifically, the pedaling power can be determined from the
In einer Ausgestaltung ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen Wert der ermittelten Trittleistung einem Fahrer des Elektrofahrrads anzuzeigen. Der Fahrer kann dadurch unmittelbar seine derzeitige körperliche Leistung ablesen und somit Rückschlüsse auf seine körperliche Leistungsfähigkeit ziehen. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass bei der Benutzung eines Elektrofahrrad weniger Anstrengung für die Fortbewegung erforderlich ist als bei einem Biobike, kann es wünschenswert sein, dem Fahrer ein derartiges Feedback durch das Antriebssystem zur Verfügung stellen zu können. Denn der Fahrer kann dann seine Leistungsfähigkeit besser beurteilen und hat somit ein verbessertes Benutzererlebnis.In one embodiment, a display device is provided that is configured and intended to display a value of the determined pedaling power to the rider of the electric bicycle. This allows the rider to directly read their current physical performance and thus draw conclusions about their physical performance. Particularly given that using an electric bicycle requires less effort to move than a biobike, it may be desirable to be able to provide the rider with such feedback via the drive system. This allows the rider to better assess their performance and thus have an improved user experience.
Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung dazu eingerichtet und vorgesehen sein, mindestens einen Vitalwert des Fahrers zu empfangen und den Wert der ermittelten Trittleistung mit dem mindestens einen, z.B. zeitlich verknüpften, Vitalwert zusammen anzuzeigen. Zum Beispiel kann ein Puls des Fahrers zusammen mit dem Wert der ermittelten Trittleistung angezeigt werden. Das Antriebssystem kann zur Ermittlung des mindestens einen Vitalwerts eine Vitalsensoreinrichtung aufweisen.In particular, the display device can be designed and provided to receive at least one vital value of the rider and to compare the value of the determined pedalling power with the at least one vital value, e.g. linked in time For example, the rider's pulse can be displayed along with the determined pedaling power. The drive system can have a vital sensor device for determining at least one vital value.
Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung dazu eingerichtet und vorgesehen sein, Karteninformationen zu einer einzelnen oder mehreren Fahrten mit dem Elektrofahrrad anzuzeigen. Hierbei kann der Wert der ermittelten Trittleistung überlagert mit einer gefahrenen Route oder Abschnitten davon angezeigt werden. Beispielsweise kann der Wert der ermittelten Trittleistung, der an einem durch GPS Ortung bekannten Ort oder Abschnitt der Route bestimmt wurde, in Form einer Farbcodierung (rot: hohe Trittleistung, gelb: mittlere Trittleistung, grün: geringe Trittleistung) überlagert mit der Route oder dem Abschnitt davon angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung kann für die Ortung ein GPS-Modul aufweisen.In particular, the display device can be configured and provided to display map information relating to a single or multiple rides with the electric bicycle. The value of the determined pedaling power can be displayed superimposed on a traveled route or sections thereof. For example, the value of the determined pedaling power, which was determined at a location or section of the route known by GPS positioning, can be displayed in the form of a color coding (red: high pedaling power, yellow: medium pedaling power, green: low pedaling power) superimposed on the route or the section thereof. The display device can have a GPS module for positioning.
In einer Ausgestaltung ist eine Schnittstelle vorgesehen, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen Wert der ermittelten Trittleistung an ein weiteres Gerät zu übermitteln. Ein solches weiteres Gerät kann beispielsweise ein Mobilgerät des Fahrers wie z.B. ein Smartphone sein. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle aufweisen. Der Wert der ermittelten Trittleistung kann über die Zeit gespeichert werden, um dem Fahrer einen zeitlichen Verlauf seiner Trittleistung, einen Mittelwert oder einen kumulierten Wert zur Verfügung stellen zu können. Zum Speichern der Werte kann das Antriebssystem eine Speichervorrichtung aufweisen. Grundsätzlich können die Werte ebenso in einer Software-Applikation des weiteren Gerätes ausgewertet werden.In one embodiment, an interface is provided which is configured and intended to transmit a value of the determined pedaling power to another device. Such an additional device can be, for example, a mobile device of the rider, such as a smartphone. The interface can have, for example, a Bluetooth interface. The value of the determined pedaling power can be stored over time in order to provide the rider with a temporal progression of their pedaling power, an average value, or a cumulative value. The drive system can have a storage device for storing the values. In principle, the values can also be evaluated in a software application of the additional device.
Konkret kann der Wert der ermittelten Trittleistung folgendermaßen genutzt werden. Das Antriebssystem kann dazu eingerichtet und vorgesehen sein, einen Beginn und ein Ende einer einzelnen Fahrt zu bestimmen. Dem Fahrer kann darauf basierend eine mittlere Trittleistung über die einzelne Fahrt zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann dem Fahrer darauf basierend ein Wert der verrichteten Arbeit während der einzelnen Fahrt zur Verfügung gestellt werden (mittlere Trittleistung multipliziert mit der Dauer der einzelnen Fahrt). Daraus kann der Fahrer beispielsweise seinen Kalorienverbrauch ableiten. Bei dem Bereitstellen eines zeitlichen Verlaufs der Trittleistung kann die Trittleistung zum Beispiel jeweils über eine Umdrehung der Tretkurbel gemittelt werden, um einen Datenpunkt des Verlaufs zu erstellen.Specifically, the value of the determined pedaling power can be used as follows. The drive system can be set up and intended to determine the start and end of an individual ride. Based on this, the rider can be provided with an average pedaling power for the individual ride. Alternatively, the rider can be provided with a value of the work performed during the individual ride (average pedaling power multiplied by the duration of the individual ride). From this, the rider can, for example, derive their calorie consumption. When providing a temporal progression of the pedaling power, the pedaling power can, for example, be averaged over one revolution of the pedal crank in order to create a data point of the progression.
In einer Ausgestaltung ist eine Kalibriervorrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Ermittlung der Trittleistung zu kalibrieren. Durch die Kalibrierung können mechanische Toleranzen, die bei der Herstellung des Antriebssystems genutzt werden, ausgeglichen werden. Zudem können durch die Kalibrierung eventuelle Messfehler bei der Ermittlung der Fahrertrittfrequenz und/oder des Fahrerdrehmoments ausgeglichen werden. Die Kalibrierung kann beispielsweise bei der Herstellung des Antriebssystems vorgenommen werden. Grundsätzlich kann das Antriebssystem dazu vorgesehen und eingerichtet sein, dass die Kalibrierung durch einen Hersteller des Elektrofahrrads, eine Werkstatt oder durch den Fahrer selbst vorgenommen wird.In one embodiment, a calibration device is provided that is designed and configured to calibrate the determination of pedaling power. Calibration can compensate for mechanical tolerances used in the manufacture of the drive system. Furthermore, calibration can compensate for any measurement errors in determining the rider's cadence and/or torque. Calibration can be performed, for example, during the manufacture of the drive system. In principle, the drive system can be designed and configured so that calibration is performed by an electric bicycle manufacturer, a workshop, or by the rider themselves.
In einer Ausgestaltung weist das Antriebssystem eine Filtereinheit auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, auf Basis der Fahrertrittfrequenz eine Filterung eines oder mehrerer Werte des Fahrerdrehmoments durchzuführen, um ein gefiltertes Fahrerdrehmoment zu ermitteln. Die Filtereinheit kann damit beispielsweise eine zeitliche Filterung über mindestens eine Umdrehung der Tretlagerwelle oder über mindestens eine Sekunde ermöglichen. Grundsätzlich kann die Filterung mindestens eine mathematische Operation umfassen, der einer oder mehrere Werte des Fahrerdrehmoments unterzogen werden, um eine Veränderlichkeit der Werte pro Zeit zu verringern. Beispielsweise kann die Filterung eine Mittelung des Fahrerdrehmoments und/oder eine Tiefpassfilterung umfassen. Auf Basis des gefilterten Fahrerdrehmoments kann ein Wert der Trittleistung ermittelt werden, der für eine Route oder Abschnitte davon repräsentativ ist, so dass er sich zur Anzeige durch die Anzeigevorrichtung überlagert mit Karteninformationen eignet.In one embodiment, the drive system has a filter unit that is configured and provided to filter one or more values of the rider torque based on the rider's cadence in order to determine a filtered rider torque. The filter unit can thus enable, for example, temporal filtering over at least one revolution of the bottom bracket spindle or over at least one second. In principle, the filtering can comprise at least one mathematical operation to which one or more values of the rider torque are subjected in order to reduce variability of the values over time. For example, the filtering can comprise averaging the rider torque and/or low-pass filtering. Based on the filtered rider torque, a value of the pedaling power can be determined that is representative of a route or sections thereof, such that it is suitable for display by the display device overlaid with map information.
In einer Ausgestaltung weist die elektronische Steuereinheit ein Sperrmodul auf, das dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Ermittlung der Trittleistung durch die elektronische Steuereinheit zu sperren. Beispielsweise kann das Sperrmodul einen ersten Zustand aufweisen, in dem die Ermittlung der Trittleistung erlaubt ist, und einen zweiten Zustand aufweisen, in dem die Ermittlung der Trittleistung gesperrt ist. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet und vorgesehen sein, das Ermitteln der Trittleistung von dem Zustand des Sperrmoduls abhängig zu machen. Entsprechend kann die Steuereinheit dazu eingerichtet und vorgesehen sein, die Trittleistung nicht zu ermitteln, wenn das Sperrmodul im zweiten Zustand ist. Der Fahrer des Elektrofahrrads erhält dann keine Rückmeldung zu seiner Trittleistung von dem Antriebssystem.In one embodiment, the electronic control unit has a blocking module that is configured and provided to block the determination of the pedaling power by the electronic control unit. For example, the blocking module can have a first state in which the determination of the pedaling power is permitted and a second state in which the determination of the pedaling power is blocked. The control unit can be configured and provided to make the determination of the pedaling power dependent on the state of the blocking module. Accordingly, the control unit can be configured and provided not to determine the pedaling power when the blocking module is in the second state. The rider of the electric bicycle then receives no feedback on his pedaling power from the drive system.
Ein Zustand des Sperrmoduls kann durch den Fahrer beispielsweise als Option beim Kauf des Elektrofahrrads ausgewählt werden. Alternativ kann der Zustand des Sperrmoduls während der Nutzung des Elektrofahrrads einmalig (Bezahlfunktion) oder für jede Nutzung der Ermittlung der Trittleistung (pay-per-use) ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Zustand des Sperrmoduls über die Schnittstelle zu dem weiteren Gerät (z.B. ein Smartphone) ausgewählt werden. Das Zur-Verfügung-Stellen des Sperrmoduls ermöglicht eine einfache Kontrolle der Bereitstellungskosten des Antriebssystems und eine einfache Anpassung des Antriebssystems an die Bedürfnisse des Fahrers.A locking module status can be selected by the rider, for example, as an option when purchasing the electric bike. Alternatively, the locking module status can be selected once during use of the electric bike (pay-per-use) or for each use of the pedaling power calculation (pay-per-use). For example, The state of the locking module can be selected via the interface to the additional device (e.g., a smartphone). The availability of the locking module allows for easy control of the drive system's provisioning costs and easy adaptation of the drive system to the driver's needs.
In einer Ausgestaltung ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen oder mehrere Werte der ermittelten Trittleistung in Form einer Funktion in Abhängigkeit eines Umdrehungswinkels der Tretlagerwelle zur Verfügung zu stellen. Der Umdrehungswinkel kann z.B. die Form eines Winkels der Tretkurbel in Bezug auf die Tretlagerwelle haben. Über eine solche Funktion kann der Fahrer in Erfahrung bringen, ob er bei jedem Umdrehungswinkel eine optimale Trittleistung erbringt. Die Funktion kann beispielsweise ein Zur-Verfügung-Stellen für jeden Umdrehungswinkel oder Winkelbereiche bis zu 5° umfassen. Insbesondere kann damit das Trittverhalten in Richtung eines erwünschten runden Tritts, also einem ausgeglichenen Trittverhalten für alle Umdrehungswinkel oder Winkelbereiche, insbesondere zwischen linker und rechter Tretkurbel, optimiert werden. Dafür kann die Trittleistung entweder gar nicht oder nur über kurze Winkelbereiche wie bis zu 5° gefiltert werden. Derartige Winkelbereiche können repräsentativ für den Umdrehungswinkel sein. Ebenso kann dem Fahrer zusätzlich das Fahrerdrehmoment und/oder eine Trittkraft in Form einer Funktion in Abhängigkeit des Umdrehungswinkels zur Verfügung gestellt werden. Auf Basis der oben genannten Werte kann der Fahrer entscheiden, sein Trittverhalten zu optimieren.In one embodiment, an evaluation unit is provided which is configured and intended to provide one or more values of the determined pedaling power in the form of a function depending on the rotation angle of the bottom bracket spindle. The rotation angle can, for example, take the form of an angle of the pedal crank in relation to the bottom bracket spindle. Using such a function, the rider can determine whether they are achieving optimal pedaling power at each rotation angle. The function can, for example, comprise providing information for each rotation angle or angle ranges up to 5°. In particular, this can optimize pedaling behavior toward a desired smooth pedal stroke, i.e., balanced pedaling behavior for all rotation angles or angle ranges, in particular between the left and right pedal cranks. For this purpose, the pedaling power can either not be filtered at all or only over short angle ranges, such as up to 5°. Such angle ranges can be representative of the rotation angle. The rider can also be provided with the rider torque and/or pedal force as a function of the rotation angle. Based on the above values, the rider can decide how to optimize their pedaling behavior.
Das Zur-Verfügung-Stellen des Wertes oder der mehreren Werte der ermittelten Trittleistung in Form der Funktion in Abhängigkeit eines Umdrehungswinkels kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass dem Fahrer für einen ausgewählten Abschnitt einer Fahrt (z.B. Fahrt in der Ebene oder Bergauffahrt) die ermittelte Trittleistung über den Umdrehungswinkel für jede Umdrehung der Tretkurbel zur Verfügung gestellt wird.The provision of the value or several values of the determined pedaling power in the form of the function as a function of a rotation angle can, for example, be designed in such a way that the determined pedaling power is made available to the rider for a selected section of a journey (e.g. journey on the flat or uphill) via the rotation angle for each revolution of the pedal crank.
Zusätzlich oder alternativ kann das Zur-Verfügung-Stellen des Wertes oder der mehreren Werte der ermittelten Trittleistung in Form der Funktion in Abhängigkeit des Umdrehungswinkels so ausgestaltet sein, dass dem Fahrer für einen ausgewählten Abschnitt oder die gesamte Fahrt die ermittelte Trittleistung durch Mitteilung der Werte der Trittleistung für jeden Umdrehungswinkel (oder einen kleinen Winkelbereich wie 5°, so dass für eine 360° Umdrehung 72 Wertepaare aus Umdrehungswinkel und Trittleistung zur Verfügung stehen) aus allen Umdrehungen der Tretkurbelwelle im ausgewählten Abschnitt oder der gesamten Fahrt zur Verfügung gestellt wird.Additionally or alternatively, the provision of the value or multiple values of the determined pedaling power in the form of the function as a function of the rotation angle can be designed in such a way that the determined pedaling power is made available to the rider for a selected section or the entire journey by communicating the values of the pedaling power for each rotation angle (or a small angle range such as 5°, so that 72 value pairs of rotation angle and pedaling power are available for a 360° rotation) from all revolutions of the pedal crankshaft in the selected section or the entire journey.
Zusätzlich oder alternativ kann das Zur-Verfügung-Stellen des Wertes oder der mehreren Werte der ermittelten Trittleistung in Form der Funktion in Abhängigkeit eines Umdrehungswinkels so ausgestaltet sein, dass dem Fahrer für einen ausgewählten Abschnitt oder die gesamte Fahrt eine Häufigkeit von Werten der ermittelten Trittleistung über Intervallen von Umdrehungswinkeln zur Verfügung gestellt wird (vergleichbar mit einem akkumulierten Histogramm für die Werte der Trittleistung).Additionally or alternatively, the provision of the value or multiple values of the determined pedaling power in the form of the function as a function of a rotation angle can be designed in such a way that a frequency of values of the determined pedaling power over intervals of rotation angles is made available to the rider for a selected section or the entire journey (comparable to an accumulated histogram for the values of the pedaling power).
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Trittleistung eines Fahrers eines Elektrofahrrads vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Aufbringen eines Fahrerdrehmoments auf eine Tretlagerwelle mit einer Fahrertrittfrequenz für eine Erzeugung einer Trittleistung für eine muskelkraftbetätigte Fortbewegung des Elektrofahrrads,
- - Bereitstellen einer fremdkraftbetätigt erzeugten Antriebsleistung zusätzlich zu der Trittleistung durch mindestens einen Antriebsmotor,
- - Bestimmen des Fahrerdrehmoments durch eine Drehmomenteinheit,
- - Bestimmen der Fahrertrittfrequenz durch eine Frequenzeinheit,
- - Ermitteln der Trittleistung aus der Fahrertrittfrequenz und dem Fahrerdrehmoment durch eine elektronische Steuereinheit.
- - Applying a rider torque to a bottom bracket shaft with a rider cadence to generate pedal power for muscle-powered propulsion of the electric bicycle,
- - Providing an externally powered drive power in addition to the pedal power by at least one drive motor,
- - Determining the driver torque by a torque unit,
- - Determining the rider’s cadence by a frequency unit,
- - Determination of pedaling power from the rider's cadence and the rider's torque by an electronic control unit.
Merkmale und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung beschrieben wurden, können ebenso für das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt gelten.Features and advantages described in connection with the first aspect of the proposed solution may also apply to the method according to the second aspect.
Zudem umfasst die vorgeschlagene Lösung ein Computerprogrammprodukt. Das Computerprogrammprodukt weist Anweisungen auf, die bei einer Ausführung durch mindestens einen Prozessor einer elektronischen Steuereinheit für ein Antriebssystem eines Elektrofahrrads den mindestens einen Prozessor veranlassen, ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt auszuführen.The proposed solution also includes a computer program product. The computer program product has instructions that, when executed by at least one processor of an electronic control unit for a drive system of an electric bicycle, cause the at least one processor to execute a method according to the second aspect.
Zudem umfasst die vorgeschlagene Lösung ein Elektrofahrrad mit einem Antriebssystem gemäß dem ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung.Furthermore, the proposed solution comprises an electric bicycle with a drive system according to the first aspect of the proposed solution.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate possible embodiments of the proposed solution.
Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Elektrofahrrads; -
2 ein Schema eines Antriebssystems; -
3 eine diagrammatische Darstellung der Trittleistung als Funktion des Umdrehungswinkels; -
4 eine diagrammatische Darstellung der Trittleistung in Form eines akkumulierten Histogramms über dem Umdrehungswinkel; -
5 eine kombinierte diagrammatische Darstellung der Trittleistung als Funktion des Umdrehungswinkels und Histogramme von Werten der Trittleistung für ausgewählte Intervalle des Umdrehungswinkels; und -
6 eine diagrammatische Darstellung der Trittleistung als Funktion des Umdrehungswinkels in Form von Maximalwerten, Mittelwerten und Minimalwerten.
-
1 a schematic view of an electric bicycle; -
2 a diagram of a drive system; -
3 a diagrammatic representation of pedal power as a function of rotation angle; -
4 a diagrammatic representation of pedaling power in the form of an accumulated histogram over the rotation angle; -
5 a combined diagrammatic representation of pedal power as a function of rotation angle and histograms of pedal power values for selected intervals of rotation angle; and -
6 a diagrammatic representation of pedaling power as a function of rotation angle in the form of maximum, average and minimum values.
Die Steuereinheit 100 umfasst eine optionale Filtereinheit 101, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, auf Basis der Fahrertrittfrequenz eine Filterung eines oder mehrerer Werte des Fahrerdrehmoments durchzuführen, um ein gefiltertes Fahrerdrehmoment zu ermitteln. Das gefilterte Fahrerdrehmoment kann beispielsweise besser für die Ermittlung der Trittleistung geeignet sein.The
Die Steuereinheit 100 umfasst weiterhin ein Sperrmodul 102, das dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Ermittlung der Trittleistung zu sperren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 100 bei jeder Ermittlung der Trittleistung prüfen, ob das Sperrmodul 102 in einem Zustand ist, der die Ermittlung oder ein Zur-Verfügung-Stellen eines Wertes der ermittelten Trittleistung (z.B. an eine Anzeigevorrichtung 5) verbietet. Der Zustand des Sperrmoduls 102 kann durch einen Nutzer des Antriebssystems veränderbar sein, so dass der Nutzer mit Hilfe des Sperrmoduls 102 darüber entscheiden kann, ob er die Funktion der Ermittlung der Trittleistung nutzen möchte oder nicht.The
Weiterhin umfasst das Antriebssystem eine Kalibriervorrichtung 4, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Ermittlung der Trittleistung zu kalibrieren. Dadurch können Toleranzen bei der Herstellung des Antriebssystems und/oder Messfehler bei der Bestimmung des Fahrerdrehmoments und/oder der Fahrertrittfrequenz kompensiert werden.The drive system further comprises a
Ein Wert der ermittelten Trittleistung wird von der Steuereinheit 100 der Anzeigevorrichtung 5 und/oder einer Schnittstelle 6 zur Verfügung gestellt. Die Anzeigevorrichtung 5 kann beispielsweise ein „human machine interface“ (HMI) umfassen, das dazu geeignet ist, an dem Elektrofahrrad 1 derartig angeordnet zu werden, dass der Fahrer bei der Benutzung des Elektrofahrrads 1 einen angezeigten Wert der Trittleistung davon ablesen kann. Dadurch kann der Fahrer unmittelbar während der Nutzung des Elektrofahrrads 1 erkennen, wie groß seine Trittleistung ist. Die Schnittstelle 6 kann beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle umfassen. Über die Schnittstelle kann das Antriebssystem beispielsweise mit einem weiteren Gerät wie einem Mobilgerät des Fahrers verbunden sein. Das Mobilgerät kann beispielsweise eine Reihe von Werten der ermittelten Trittleistung über die Schnittstelle 6 empfangen. Eine Software-Applikation des Mobilgeräts kann dazu eingerichtet und vorgesehen sein, die Reihe von Werten auszuwerten, sodass der Fahrer des Elektrofahrrads 1 aus der Auswertung seine körperliche Leistungsfähigkeit entnehmen kann.A value of the determined pedaling power is made available by the
Weiterhin ist eine Auswerteeinheit 7 vorgesehen, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen Wert der ermittelten Trittleistung in Form einer Funktion in Abhängigkeit eines Umdrehungswinkels der Tretlagerwelle T zur Verfügung zu stellen.Furthermore, an evaluation unit 7 is provided which is designed and intended to provide a value of the determined pedaling power in the form of a function depending on an angle of rotation of the bottom bracket shaft T.
Die
Um dem Fahrer die Anpassung seines Trittverhaltens auf Basis der ermittelten Trittleistung zu erleichtern, kann die Auswerteeinheit 7 dazu eingerichtet und vorgesehen sein, die Werte der ermittelten Trittleistung in Form eines akkumulierten Histogramms zur Verfügung zu stellen, für das
Bei dem angestrebten Trittverhalten (runder Tritt) ist die Trittleistung für jede Umdrehung der Tretlagerwelle T bei gleichem Umdrehungswinkel gleich oder zumindest sehr ähnlich. Unter solchen Umständen sollten die Bereiche mit der höchsten Häufigkeit eine Struktur ausbilden, die symmetrisch um 180° ausgebildet ist (M-förmig). Durch die Darstellung der Trittleistung in Form eines akkumulierten Histogramms kann der Fahrer sein Trittverhalten besonders einfach anpassen, indem er danach strebt, die Anzahl der schraffierten Bereiche zu erhöhen und auf einer M-förmigen Funktion über dem Umdrehungswinkel zu anzuordnen (damit kondensiert die Häufigkeit der Trittleistungen in wenigen Bereichen). Das Erreichen einer Form, die einem gewünschten Trittverhalten entspricht, kann dem Fahrer in Form eines Hinweissignals durch die Anzeigevorrichtung 5 angegeben werden (z.B. ein akustisches Signal und/oder ein Aufleuchten der hellen Bereiche).With the desired pedaling behavior (round pedaling), the pedaling power for each rotation of the bottom bracket spindle T is the same or at least very similar at the same rotation angle. Under such circumstances, the areas with the highest frequency should form a structure that is symmetrical by 180° (M-shaped). By displaying the pedaling power in the form of an accumulated histogram, the rider can adjust their pedaling behavior particularly easily by striving to increase the number of hatched areas and arrange them on an M-shaped function over the rotation angle (thus condensing the frequency of the pedaling power into a few areas). The achievement of a shape corresponding to a desired pedaling behavior can be indicated to the rider in the form of an indication signal by the display device 5 (e.g., an acoustic signal and/or illumination of the bright areas).
Für die Funktion der Maximalwerte (Funktion mit den höchsten Werten im Diagramm) werden aus einer Reihe von Funktionen der ermittelten Trittleistung (beispielsweise die sechs Funktionen der
Für die Funktion der Mittelwerte (Funktion mit den meisten mittleren Werten im Diagramm) werden aus einer Reihe von Funktionen der ermittelten Trittleistung (beispielsweise die sechs Funktionen der
Für die Funktion der Minimalwerte (Funktion mit den niedrigsten Werten im Diagramm) werden aus einer Reihe von Funktionen der ermittelten Trittleistung (beispielsweise die sechs Funktionen der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Elektrofahrradelectric bike
- 1010
- Vorderradfront wheel
- 100100
- SteuereinheitControl unit
- 101101
- Filtereinheitfilter unit
- 102102
- SperrmodulLocking module
- 1111
-
Hinterrad 12 Übertragungsglied
Rear wheel 12 transmission link - 22
- DrehmomenteinheitTorque unit
- 33
- FrequenzeinheitFrequency unit
- 44
- KalibriervorrichtungCalibration device
- 55
- AnzeigevorrichtungDisplay device
- 66
- Schnittstelleinterface
- 77
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- AA
- Antriebsmotordrive motor
- KK
- Tretkurbelcrank
- PP
- Pedalpedal
- TT
- Tretlagerwellebottom bracket spindle
Claims (11)
Priority Applications (2)
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014011293A1 (en) * | 2013-07-30 | 2015-02-05 | Shimano Inc. | Bicycle control device |
| DE102017103735A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-08-31 | Shimano Inc. | BICYCLE CONTROLLER AND BICYCLE DRIVE DEVICE |
| DE102019204021A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | Ford Global Technologies, Llc | Device for adjusting an output power of an electric drive of an electric bicycle, operating method and electric bicycle |
| DE102020131357A1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-05-27 | Sram, Llc | Interface for an electrically assisted bicycle |
| DE102020215569A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-09 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Control method for an electric bicycle, controller and electric bicycle |
| DE102021212668A1 (en) * | 2021-11-10 | 2023-05-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling an electric motor as a drive motor of an electric bicycle, computer program, control device, drive unit and electric bicycle |
| DE102024104279A1 (en) * | 2023-02-17 | 2024-08-22 | Sram, Llc | COMPARISON AND VISUALIZATION OF THE REMAINING RANGE OF A BICYCLE |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITUB20155621A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-16 | Piaggio & C Spa | Method of managing the energy autonomy of an electric pedal assisted bicycle |
| DE102016209275B3 (en) * | 2016-05-30 | 2017-09-28 | Robert Bosch Gmbh | Control method and apparatus for controlling the electric motor of an electric bicycle |
| CN113415375A (en) * | 2021-08-05 | 2021-09-21 | 苏州万佳电器有限公司 | Motor control method and device of power-assisted bicycle and power-assisted bicycle |
| CN116215733B (en) * | 2023-05-10 | 2023-07-21 | 苏州拓氪科技有限公司 | Power-assisted control method and system for electric power-assisted bicycle |
| DE202023106421U1 (en) * | 2023-11-02 | 2023-12-07 | Sram Deutschland Gmbh | Electric bike |
-
2023
- 2023-12-19 DE DE102023135803.0A patent/DE102023135803A1/en active Pending
-
2024
- 2024-12-17 WO PCT/EP2024/086690 patent/WO2025132284A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014011293A1 (en) * | 2013-07-30 | 2015-02-05 | Shimano Inc. | Bicycle control device |
| DE102017103735A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-08-31 | Shimano Inc. | BICYCLE CONTROLLER AND BICYCLE DRIVE DEVICE |
| DE102019204021A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | Ford Global Technologies, Llc | Device for adjusting an output power of an electric drive of an electric bicycle, operating method and electric bicycle |
| DE102020131357A1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-05-27 | Sram, Llc | Interface for an electrically assisted bicycle |
| DE102020215569A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-09 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Control method for an electric bicycle, controller and electric bicycle |
| DE102021212668A1 (en) * | 2021-11-10 | 2023-05-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for controlling an electric motor as a drive motor of an electric bicycle, computer program, control device, drive unit and electric bicycle |
| DE102024104279A1 (en) * | 2023-02-17 | 2024-08-22 | Sram, Llc | COMPARISON AND VISUALIZATION OF THE REMAINING RANGE OF A BICYCLE |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ROBERT BOSCH GmbH: Nyon Betriebsanleitung – Online-Version. Reutlingen, 2014 (W 276 001 DPNde). 55 Seiten. URL: https://www.bosch-ebike.com/fileadmin/EBC/Service/Downloads/Bedienungsanleitungen/Bosch-eBike-Nyon-Bedienungsanleitung_MY15DE.pdf?_=1461339602 [abgerufen am 25.05.2020] – Firmenschrift * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025132284A1 (en) | 2025-06-26 |
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