本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)車輛的驅(qū)動單元的扭矩輔助的方法,所述車輛尤其是單輪轍車輛,如電動自行車、電動助力車等。本發(fā)明還涉及一種具有驅(qū)動單元的車輛,尤其是單輪轍車輛,如電動自行車、電動助力車等,其中,驅(qū)動單元構(gòu)造為用于通過受調(diào)節(jié)的扭矩輔助來增強踩踏扭矩。雖然本發(fā)明可應(yīng)用于任何車輛,但就電動自行車方面來解釋本發(fā)明。
背景技術(shù):
1、電動自行車可以為騎行者提供扭矩輔助,以便例如在上坡時增強騎行者的踩踏扭矩。在此,通過合適的系統(tǒng)模型(該系統(tǒng)模型是用于求取扭矩輔助的大小的基礎(chǔ))可以通過扭矩輔助來補償如風(fēng)或坡度之類的外部干擾影響。
2、然而,對干擾影響的計算是緩慢的,因為僅能夠帶有延遲地才確定對此必要的速度和/或加速度。因此,如果騎行者突然需要提高扭矩,例如當(dāng)他開始上坡時,扭矩輔助最初提供過低的扭矩。由此會損害騎行者的騎行體驗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、在一個實施方式中,本發(fā)明提供一種用于調(diào)節(jié)車輛、尤其是單輪轍車輛、例如電動自行車的驅(qū)動單元的扭矩輔助的方法,其中,扭矩輔助基于系統(tǒng)模型的份額并且基于以輔助系數(shù)對由騎行者提供的踩踏扭矩的增強的份額,其中,輔助系數(shù)與踩踏扭矩相關(guān)地被確定,尤其漸進(jìn)相關(guān)地被確定,并且其中,系統(tǒng)模型至少基于車輛的速度和/或加速度并且基于對干擾參量、尤其是坡度、慣性和摩擦阻力的補償。在應(yīng)用用于調(diào)節(jié)承重自行車的驅(qū)動單元的扭矩輔助的該方法時,慣性作為干擾參量起特殊作用。由于部分地高的負(fù)載,慣性起特殊作用。
2、在一個實施方式中,本發(fā)明提供一種具有驅(qū)動單元的車輛,尤其是單輪轍車輛、例如電動自行車,其中,驅(qū)動單元構(gòu)造為用于通過受調(diào)節(jié)的扭矩輔助來增強踩踏扭矩,其中,該扭矩輔助基于系統(tǒng)模型的份額并且基于以輔助系數(shù)對由騎行者提供的踩踏扭矩的增強的份額,其中,輔助系數(shù)與踩踏扭矩相關(guān)地被確定,并且其中,系統(tǒng)模型至少基于車輛的速度和/或加速度并且基于對干擾參量,尤其是坡度、慣性和摩擦阻力的補償。
3、對此的優(yōu)點是,通過系統(tǒng)模型與以輔助系數(shù)對踩踏扭矩的增強的共同作用,可以對改變的扭矩需求做出快速響應(yīng),而同時可以通過系統(tǒng)模型補償更長期的干擾,例如坡度、慣性或空氣阻力。以這種方式,可以快速且精確地調(diào)節(jié)扭矩輔助。此外,該調(diào)節(jié)還可以匹配于騎行者的個體性需求,其方式是,例如通過扭矩輔助來模擬人造順風(fēng)。
4、術(shù)語“系統(tǒng)模型”尤其在說明書中、優(yōu)選地在權(quán)利要求書中理解為一種模型,借助該模型可以描述車輛的行駛特性。該系統(tǒng)模型描述理想化的或可預(yù)給定的行駛方式,例如以20公里/小時的速度在平面上行駛。然后由此求取可預(yù)給定的、所需的或理想化的踩踏扭矩。如果實際的踩踏扭矩與理想化的踩踏扭矩不同,即附加的干擾參量影響車輛,則可以通過驅(qū)動單元的扭矩輔助來補償剩余扭矩。該系統(tǒng)模型可以具有以下形式:
5、
6、在此,m描述車輛的先前確定的質(zhì)量,描述車輛的加速度,d描述車輛的摩擦值,v描述車輛的速度,描述干擾參量、例如坡度,q描述輔助系數(shù),fh描述踩踏扭矩,α描述干擾參量補償?shù)姆蓊~系數(shù),描述干擾參量補償。因此,等式的左側(cè)描述了必須由車輛克服的力、例如加速度、摩擦力、坡度,右側(cè)描述了通過什么來產(chǎn)生所需的力,例如踩踏扭矩、由驅(qū)動器對扭矩的輔助、干擾參量補償。
7、增強因數(shù)q與踩踏扭矩fh相關(guān),即q=q(fh)。因此,在提高踩踏扭矩fh時,驅(qū)動扭矩q*fh的份額成超比例地(überproportional)提高。因此,扭矩輔助是響應(yīng)性的,并且可以對改變的扭矩需求快速做出響應(yīng),因為在由騎行者提高踩踏扭矩時,扭矩輔助由于增強因數(shù)與踩踏扭矩的超比例關(guān)系而被直接提高。
8、踩踏扭矩尤其被限定為作用到車輛上的總扭矩的份額,該份額由騎行者提供,尤其是通過騎行者的踩踏產(chǎn)生。
9、對一個或多個干擾參量的補償,在下文中也稱為干擾參量補償,描述了一種方法,其中,影響車輛行駛特性的干擾參量,例如坡度、慣性或空氣阻力,通過扭矩輔助來補償。例如,如果車輛在上坡,即所需的總驅(qū)動扭矩由于坡度而增大,則通過提高扭矩輔助補償這種影響,該扭矩輔助“補償”了該干擾參量。因此,車輛的騎行者感知到如同不存在干擾參量的行駛特性。干擾參量補償?shù)拇笮?,即為了補償所有干擾參量所需的扭矩的大小,可以隨時間而變化。干擾參量的補償?shù)淖兓氏薅闉榱搜a償干擾參量所利用的總扭矩隨時間的變化,尤其是一階導(dǎo)數(shù)。
10、本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、優(yōu)點和進(jìn)一步的實施例將在下面描述或者由此變得顯而易見。
11、在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個構(gòu)型中,系統(tǒng)模型的份額和以輔助系數(shù)對由騎行者提供的踩踏扭矩的增強的份額彼此協(xié)調(diào),使得通過該增強的份額在踩踏扭矩高的情況下提供高的輔助系數(shù),直至踩踏扭矩通過系統(tǒng)模型的份額變得如此低,從而提供小的輔助系數(shù)或者基本上不提供輔助系數(shù)。“基本上不提供輔助系數(shù)”應(yīng)理解為輔助系數(shù)基本上為零。在此,尤其在干擾小的情況下可以基本上在沒有馬達(dá)輔助的情況下完全地騎行。
12、在另一構(gòu)型中,輔助系數(shù)與踩踏扭矩相關(guān)地、尤其是漸進(jìn)相關(guān)地被確定,使得在低于踩踏扭矩的閾值的范圍內(nèi),輔助系數(shù)基本上是恒定的,尤其是零,并且在高于閾值的范圍內(nèi),輔助系數(shù)與踩踏扭矩漸進(jìn)相關(guān)地升高。
13、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型基于車輛和/或騎行者的先前確定的質(zhì)量。由此改善了系統(tǒng)模型的可靠性。車輛的先前確定的質(zhì)量可以不同于車輛和騎行者的實際重量。由此可以模擬不同的車輛重量。例如,模型重量可以對應(yīng)于在沒有懸掛負(fù)載的情況下車輛和騎行者的重量。以這種方式,懸掛的負(fù)載的重量可以被視為干擾參量,該干擾參量通過系統(tǒng)模型由扭矩輔助來補償。因此,車輛可以表現(xiàn)得如沒有懸掛負(fù)載一樣。
14、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,車輛的先前確定的質(zhì)量與車輛的速度相關(guān)地被確定。其優(yōu)點是,車輛的行駛特性可以匹配于不同的速度。例如,車輛的先前確定的質(zhì)量在低速的情況下可以更高,從而能夠更容易地操縱車輛。也可以在車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下減小車輛的先前確定的質(zhì)量,以能夠?qū)崿F(xiàn)更容易的啟動。換句話說,在系統(tǒng)模型的上述等式中,m=m(v)。
15、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型基于模型坡度和/或摩擦值,尤其是空氣摩擦值和/或滾動摩擦值。車輛的與速度相關(guān)的摩擦效應(yīng)由摩擦值表示。由此可以更好地補償摩擦效應(yīng)和/或由騎行者設(shè)定摩擦效應(yīng)。地形的坡度在系統(tǒng)模型的等式中沒有被考慮并且因此被認(rèn)為是干擾因素,其可以借助系統(tǒng)模型由扭矩輔助來補償。因此,騎行者在上坡時具有與在平面上騎行時相同的騎行體驗。由于系統(tǒng)模型是基于模型坡度,因此至少部分地保留了坡度對行駛特性的影響。為此目的,尤其可以布置用于確定車輛的坡度的傳感器。為了訓(xùn)練目的,還可以模擬或預(yù)給定恒定的坡度。
16、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,摩擦值與車輛的速度相關(guān)地被確定,尤其是其中,摩擦值與車輛的速度成欠比例地(unterproportional)被確定。由于摩擦損失沒有被建模為系統(tǒng)模型中的干擾參量,并且因此沒有通過扭矩輔助被補償,因此在速度提高時,必需的踩踏扭矩提高。由于與速度相關(guān)的、尤其是欠比例的摩擦值,在速度提高時,必需的踩踏扭矩僅按份額提高。例如,在反相關(guān)性d=d(1/v)的情況下,摩擦損失會與車輛的速度不相關(guān)。由此,在高速的情況下為騎行者提供了舒適的騎行體驗。
17、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型基于模型風(fēng)。通過模型風(fēng)可以模擬出系統(tǒng)模型中的人造順風(fēng)和/或逆風(fēng)。由此,可以改善騎行者的騎行體驗。例如,模型風(fēng)可以以d*(v-vwind)的形式被納入系統(tǒng)模型中。
18、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型的該份額由濾波器、尤其是低通濾波器來濾波。干擾參量補償可以基于車輛的速度和加速度。由于這些值可能不是連續(xù)地被測量,因此所求取的速度值和加速度值可能在平均值附近波動,這導(dǎo)致變化的扭矩、尤其是突然改變的扭矩,由于所述扭矩可能會損壞驅(qū)動單元或者使驅(qū)動單元至少強烈受負(fù)荷。通過濾波器、尤其是低通濾波器、優(yōu)選一階低通濾波器可以補償這些波動。優(yōu)點是,可以更均勻地實現(xiàn)扭矩輔助,這改善了騎行體驗或騎行經(jīng)歷。
19、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型的份額與干擾參量的補償?shù)淖兓氏嚓P(guān)地被濾波。例如,可以通過改變?yōu)V波器的時間常數(shù)來影響濾波器的強度。尤其地,在干擾參量補償?shù)淖兓蕿樨?fù)的情況下的濾波器的時間常數(shù)可以小于在干擾參量補償?shù)淖兓蕿檎那闆r下的濾波器的時間常數(shù)。因此,當(dāng)用于補償干擾參量的扭矩輔助升高時,濾波器的強度較高,而當(dāng)用于補償干擾參量的扭矩輔助下降時,濾波器的強度較低。濾波器的時間常數(shù)可以延遲扭矩輔助的偏移(ausschlag),使得扭矩輔助的噪聲較小和/或波動較小。然而,通過濾波器可能放緩扭矩輔助的響應(yīng)性。由此,例如,當(dāng)駛過山頂時,扭矩輔助仍然可以提供高的扭矩,盡管這是不希望的。由于濾波器的時間常數(shù)與干擾參量補償?shù)淖兓省⒂绕涫桥c干擾參量補償?shù)囊浑A導(dǎo)數(shù)相關(guān),因此,扭矩輔助的響應(yīng)性例如可以在山頂處比在山腳處大。由此,可以防止“過沖(überschieben)”,即可以防止在駛過山頂?shù)霓D(zhuǎn)折點時提供過大的扭矩。因此,來自系統(tǒng)模型的扭矩輔助的份額的提高速度有利地比其減小的速度慢。
20、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,系統(tǒng)模型的系統(tǒng)參數(shù),尤其是車輛的先前確定的質(zhì)量、摩擦值、模型坡度和/或模型風(fēng),可以由使用者設(shè)定。由此,行駛特性能夠匹配于騎行者的期望,例如通過設(shè)定順風(fēng)或設(shè)定恒定的坡度來匹配。
21、根據(jù)本發(fā)明的一個有利擴(kuò)展構(gòu)型,與踩踏扭矩的變化率相關(guān)地確定輔助系數(shù)。踩踏扭矩的變化率尤其可以是踩踏扭矩的一階導(dǎo)數(shù)。由此可以減小扭矩輔助的突然變化。
22、本發(fā)明的其他重要特征和優(yōu)點從優(yōu)選實施方式、附圖以及附圖的相關(guān)描述中得到。
23、應(yīng)當(dāng)理解,在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下,上述特征和下面將要解釋的特征不僅可以以在每種情況下指定的組合的形式使用,而且可以以其他組合的形式或單獨使用。