(57)【要約】  本発明は、電動車両の総質量を求めるための方法に関する。本方法では、車両が専ら電気的に駆動されている場合に、車両の勾配及び移動速度を考慮してニュートンの第２法則に基づいて車両の総質量が求められる。択一的又は付加的に、着座された車両の部品集合体内部の圧縮距離を測定することができ、当該圧縮距離の、予め規定された剛性乃至予め検出された剛性から、実際の重量分布を考慮して車両の総質量を推定することができる。
2016501157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両（１）の総質量を求めるための方法において、
・速度と、前記車両（１）が走行している勾配とを検出するステップ（１００）と、
・前記車両（１）が専ら電気的に駆動されている場合における駆動トルクを検出するステップ（２００）と、
・ニュートンの第２法則に基づいて前記車両（１）の総質量を求めるステップ（４００）と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記車両（１）の速度変化を検出し、前記総質量を求める際に使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
運転者によって供給された駆動トルクを、トルクセンサ（９）及び／又は回転数センサを用いて検出する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
電動車両（１）の総質量を求めるための方法において、
・着座された前記車両（１）の第１部品集合体の圧縮を検出するステップと、
・検出された前記圧縮に基づいて、前記車両（１）に対して作用する重量の実際の分布を考慮して、前記車両（１）の総質量を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記車両（１）のシャーシ部品（１３）に設けられた、第１部品と、相対移動可能な第２部品とから構成された装置の圧縮を検出する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮を、前記第１部品に設けられた磁界センサ（１２）を用いて検出し、
前記磁界センサ（１２）の検出信号は、前記第２部品において形成された磁界による影響を受ける、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１部品は、運転者用シート装置の部品、及び／又は、ハンドル装置の部品、及び／又は、ホイールサスペンションの部品である、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第２部品は、前記車両（１）の車輪であり、
前記第１部品は、前記車輪に対して固定された、前記車両（１）の部品である、
ことを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
電動車両（１）において、
・電気駆動部（１０）と、
・前記車両の速度を検出するための装置（５）と、
・運転者によって供給された駆動トルクを検出するための装置（３）と、
・前記車両が走行している勾配を検出するための装置（４）と、
・前記電気駆動部によって供給された駆動トルクを検出するための装置（９）と、
・評価ユニット（５，７）と、
・好ましくは、前記車両（１）の加速度を検出するための装置と、
を含み、
前記評価ユニット（５，７）は、前記各装置の信号を評価し、請求項１から８のいずれか一項記載の方法を実施するように構成されている、
ことを特徴とする電動車両（１）。
【請求項１０】
入力装置（５）をさらに含み、
前記入力装置（５）は、前記運転者の入力に応答して前記評価ユニット（５，７）を制御して、請求項１から８のいずれか一項記載の方法を実施させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項９記載の電動車両（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の総質量を求めるための方法及び装置に関する。
【０００２】
本発明は特に、総質量を考慮して運転者に対する支援トルクを提供する駆動部を有する電動自転車の総質量を求めるための方法及び装置に関する。
【０００３】
特開平１１−３３４６７７号公報及び独国特許出願公開第１０２０１００１７７４２号明細書から、モデルを形成するための方法が公知であり、これらの方法においては、勾配と、速度と、モータトルクと、運転者トルクとを用いて間接的にトルクを観察することが可能である。しかしながらこの開示されたモデルを使用するためには、駆動すべき車両の総質量を検出又は仮定すべきであり、このために効果的な方法は知られていない。
【０００４】
上に挙げた課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する方法、並びに、請求項４に記載の特徴を有する方法によって解決される。この課題はさらに、請求項９に記載の特徴を有する電動車両によって解決される。電動車両の総質量を求めるための第１の方法は、速度と、車両が走行している勾配とを検出するステップを含む。換言すると、車両の実際の速度と、当該速度で走行されている勾配とが検出される。
【０００５】
付加的に、車両が専ら電気的に駆動されている場合における駆動トルクが検出される。例えばこの検出は、車両である電動自転車の電気ドライブトレインの領域にあるトルクセンサを用いた測定によって実施することができる。本発明によれば付加的に、前記速度と、前記車両が走行している勾配と、電気モータの前記駆動トルクとから、ニュートンの第２法則に基づいて車両の総質量が求められる。
【０００６】
従属請求項は、本発明の好ましい発展形態に関する。
【０００７】
さらに好ましくは、車両の速度変化が検出され、総質量を求める際に使用される。換言すると、走行している車両（運転者と、存在する場合には積載質量とを含む車両）の質量が求められ、その一方で、車両の実際の速度変化が考慮される。速度変化が検出された場合には、ニュートンの第２法則の公式における相応の項「質量×加速度」が考慮され得る。従って、速度が変化している場合にも、車両の総質量を迅速かつ正確に求めることができる。
【０００８】
さらに好ましくは、運転者によって加えられた駆動トルクをトルクセンサによって検出し、及び／又は、ペダル回転数を回転数センサによって検出し、総質量を求める際にこれらを考慮することができる。例えば、ニュートンの第２法則の公式において、車両のドライブトレインで筋力によって形成されるトルクを考慮するために、ペダルの領域にあるトルクセンサを使用することができる。車両のペダルに回転数センサが取り付けられている場合には、車両のユーザが、移動速度に対応する回転数でペダルを操作しているか否かを監視することができる。車両の推進に対して作用が及ぼされるほどケイデンスが高い場合（すなわち回転数が、実際の変速比を考慮して、車両の車輪回転数に相当する場合）には、ペダルの回転数が予め定められた限界回転数を下回るまで、乃至、ペダルが静止するまで、総質量の算出を中断することができる。このようにすると、本発明に基づいて総質量を求める際に、車両の運転者によって加えられる外乱を考慮することができる。
【０００９】
本発明の別の１つの側面によれば、電動車両の総質量を求めるための方法において、車両の第１部品集合体の圧縮を検出するステップと、検出された圧縮に基づいて、運転者が車両に対して作用する重量の実際の分布を考慮して、総質量を求めるステップとを有する方法が提案される。「圧縮」なる用語は、本発明においては、車両への積載及び着座によって生じた、第１部品集合体内部の間隔の短縮であると理解されたい。
【００１０】
第１部品集合体は、部品固有の弾性に基づいて、又は、当該第１部品集合体の、相対移動可能に支承された２つの部品の間において形成される可動性に基づいて、達成することができる。フックの法則を使用することができ、第１部品集合体内部における仮定又は既知の剛性乃至可塑性によって、並びに、圧縮によって、部品集合体内部における、車両に作用している重量の割合を推定することができる。
【００１１】
本発明によれば、車両への積載及び／又は着座による実際の重量分布が考慮される。この実際の重量分布は、例えば車両の構造様式に基づいて、勾配センサに関連して求めることができるか、又は、メモリ素子に記憶された値に基づいて仮定することができる。択一的又は付加的に、実際の重量分布を推定するために、着座された車両の第２部品集合体の圧縮を考慮することも可能である。このことによる利点は、総質量を求めるために、僅かな材料コストで、又は、全く材料コストをかけることなく、動作状態に対応した正確な重量を検出できることである。
【００１２】
さらに好ましくは、第１部品集合体内部及び／又は第２部品集合体内部の圧縮は、車両内部に設けられた第１及び第２の相対移動可能に配置された部品に関連して検出することができる。この装置は例えば、車両のシャーシに配置することができる。この場合には、第１部品と第２部品の相対移動が、動作及び／又は積載によって引き起こされる（この意味で、着座を「積載」として理解すべきである）。
【００１３】
例えば、シャーシにおけるサスペンションを弾性として考慮することができ、この弾性によって、作用している重量を計算するため、次いで総質量を計算するために、圧縮を使用できるようになる。このことによる利点は、装置の相対移動可能な部品同士の間において積載によって相当の相対移動が生じ、この相対移動を、距離センサを用いて正確に検出することができることである。
【００１４】
例えば圧縮は、好ましくは第１部品に設けられた第１磁気センサを用いて検出することができ、当該第１磁気センサの測定信号は、第２部品において形成された磁界による影響を受ける。このために例えば第２部品は永久磁石を含むことができ、当該永久磁石の磁界が、磁気センサにより、圧縮に基づいて異なる大きさで検出される。このようにして圧縮は、非接触にかつ耐汚染で検出されるように保証されている。
【００１５】
さらに好ましくは、第１部品は、運転者用シート装置、及び／又は、ハンドル装置、及び／又は、ホイールサスペンションに配置することができる。このことによる利点は、サスペンションを備えたシート装置、乃至、サスペンションを備えたシャーシ部分が、着座及び／又は積載に依存したバネストロークを有しており、このバネストロークを複数の適当な距離センサによって良好に検出することができるということである。
【００１６】
さらに好ましくは、第２部品は、車両の車輪に含まれており、第１部品は、車輪に対して固定的に車両に配置された部品である。従って、車輪がサスペンションによって懸架されている場合には、車両への積載乃至着座に基づいてバネストロークの相当の圧縮が見込まれる。
【００１７】
本発明の別の１つの側面によれば、例えば電気モータのような電気駆動部と、例えば回転数センサ又は衛星支援位置探知システムのような、車両の速度を検出するための装置と、運転者によって供給された駆動トルクを検出するための装置と、を含む電動自転車が提供される。最後に挙げた装置は、例えば車両のペダルに設けられた力センサを含み得る。電動自転車はさらに、車両が走行している勾配を検出するための装置を含み、この装置は例えば、傾斜センサとして動作する加速度センサを含み得る。さらに、電気駆動部によって形成された駆動トルクを検出するための装置が設けられている。トルクは、直接的（例えば力センサを用いて）又は間接的（例えば電気駆動部の消費電力を介して）に検出することができる。付加的に、本発明の電動車両は、評価ユニットと、車両の加速度を検出するための装置とを有する。車両の加速度は、例えば車輪センサ又は衛星の支援によって検出することができる。本発明によれば、評価ユニットは、上に挙げた各装置の信号を評価し、請求項に記載した方法を実施するように構成されている。このようにして、車両の総質量を求めることができ、車両の動作点を求める際に使用することができる。例えば傾斜を測定し、この傾斜から、求められた車両の総質量を使用して車両の勾配抵抗を求めることができる。これにより、電気駆動部を相応の設定値に適合して制御することができる。
【００１８】
好ましくは、本発明によって提案される電動車両は入力装置をさらに含み、この入力装置は、ユーザの入力に応答して評価ユニットを制御して、これまで詳細に説明してきたような方法を実施させるように構成されている。入力装置は、例えばキーボード及び／又はタッチパネル及び／又は音声認識装置及び／又は電子的に生成された信号を受信するための装置を含み得る。このようにして、車両のユーザによる直接入力を実施することができるか、又は、ユーザが携帯するモバイル電子機器との接続を実施することができる。モバイル電子機器には相応の命令セットを設けることができ、これらの命令セットがモバイル電子機器を制御して、入力を生成するための制御信号を評価ユニットに送信させる。このようにすると、上に説明した方法を、ユーザ要求乃至ユーザ入力に応答して実施することができ、ひいては、動作状態を識別するためのアルゴリズムによる車両の総質量の不要な再計算を回避することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の電動車両の１つの実施例の原理図である。
【図２】本発明のシステムの１つの実施例の各構成要素の概略図である。
【図３】本発明の１つの実施例に基づく方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図１は、電動車両として自転車１を図示している。自転車１は、駆動のためにバッテリ６とモータ１０とを有する。ボトムブラケットの領域にはさらに、自転車１の運転者によって供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ３が配置されている。付加的に、モータ１０によって供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ９が設けられている。重力加速度に対する自転車１の傾斜角度を検出するために、自転車１のフレームには加速度センサ４が配置されている。自転車１のハンドルの領域には、プロセッサ１１を含む搭載コンピュータ５が評価ユニットとして設けられている。プロセッサは、本発明の方法（図３に関連）を実施するために必要となるような命令を含むプログラムコード（図示せず）を有する。自転車１はさらにサスペンションフォーク１３を有し、サスペンションフォーク１３のフレーム側の部分は、磁界センサとしてホールセンサ１２を有している。サスペンションフォーク１３の車輪側に設けられた部分は、磁気素子１４を有している。磁気素子１４は、サスペンションフォーク１３を介してホールセンサ１２に対して移動することができる。このようにして、自転車１への積載乃至着座によって生じたサスペンションフォーク１３の圧縮を、磁気素子１４とホールセンサ１２とによって検出することができる。
【００２２】
図２は、本発明の方法を実施するためのシステム２０の各構成要素の概略図を図示している。評価ユニットであるモータ制御装置７は、傾斜センサである加速度センサ４と、メモリ８と、ペダルに供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ３と、電気モータ２と、モータ２に給電するためのバッテリ６と、プロセッサ１１を含む搭載コンピュータ５と、に接続されている。ここでは、搭載コンピュータ５（マンマシンインターフェース（ＭＭＩ））乃至搭載コンピュータ５のプロセッサ１１か、又は、モータ制御装置７かのいずれかが、本発明に基づく評価ユニットとして動作することができる。図示した各構成要素は、本発明の各側面の説明に関連して上述したように機能する。
【００２３】
図３は、本発明の１つの実施例に基づく方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。本方法は、搭載コンピュータ５を介したユーザの入力によって開始（“スタート”）する。ステップ１００において、速度と、車両１が走行している勾配とが検出される。特に、検出された勾配を走行している最中の速度が検出される。ステップ２００において、車両１のペダルを介した運転者によるトルク供給が実施されない間、電気モータ１０によって供給されたトルクが検出される。ステップ３００において、運転者トルクが０Ｎｍではないことが検出された場合（Ｎ）には、本方法は、ステップ１００における速度及び勾配の検出を続行する。運転者トルクが０Ｎｍである場合（Ｙ）にはすぐに、ステップ４００において、検出された各大きさに基づき、ニュートンの第２法則に則して車両１の総質量が求められる。ステップ５００において、予め規定された中断条件が満たされているかが判別される。予め規定された中断条件を例えばユーザインタラクションとすることができる、又は、本方法の実施を、例えば移動速度が０ｋｍ／ｈであることが確認されたことに基づいて中断することができる。予め規定された中断基準が満たされていない場合（Ｎ）には、本方法は、ステップ１００における速度及び勾配の検出を続行する。予め規定された中断基準が満たされている場合（Ｙ）には、本方法は終了する（“終了”）。
【００２４】
本発明によれば、運転者及び／又は積載物によって車両に作用している重量を、車両の部品又は部品集合体の圧縮によって求めることが提案される。この場合に、車両において複数の圧縮距離が検出されるが、このことは本発明の範囲を限定するものではない。例えばハンドルに、好ましくは搭載コンピュータ５のケーシング内に、磁界センサを設けることができる。磁気素子として、車輪回転数を検出するために車輪に配置された永久磁石を使用することができる。速度乃至速度変化は、本発明によれば公知の方法で（例えばリード接点によって）測定することができ、車両が走行している勾配も、公知の方法で（例えば加速度センサ又は圧力センサによって）検出することができる。通常、運転者又は対応付けられた特性マップによって予め定められるモータトルクについても同様である。運転者トルクは、例えば車両のペダルに設けられた周知のトルクセンサ機器によって検出することができるか、又は、ペダルに設けられた回転数センサによって車両のユーザによるペダル操作は無さそうだと判断されれば、運転者の作用を排除することができる。好ましくは、本発明に基づいてニュートンの第２法則（運動方程式）から総質量を求める際に、転がり抵抗及び／又は空気抵抗は、検出された移動速度に基づき、固定値として仮定されるか、特性マップから導出されるか、又は、完全に無視される。車両の速度変化が運転者によるトルクの供給と同じように行われない場合には、転がり摩擦及び空気抵抗について仮定された値から勾配抵抗が直接求められる。もちろん、速度信号及び／又は速度変化信号は、仮定される又は求められる総質量との関係において、質量の項に関して考慮することができる。
【００２５】
検出された圧縮は、自転車の種類と、対応付けられた既知の重量分布とに応じて、総積載質量に変換することができる。例えば実験により、運転者の質量が自転車のハンドルの上に約３０％、自転車のサドルの上に約７０％加わることを特定することができる。本発明に基づき、例えば（ハンドルの下側にある）サスペンションフォークの圧縮が、サスペンションフォークの剛性に関連して例えば３００Ｎの重量であると検出された場合には、計算モデルにおいて、積載質量の７０％がサドルを介して車両に供給されるということを考慮することができる。換言すると、既知の百分率の重量分布に基づいて、積載質量（運転者を含んだ積載量）が１０００Ｎであると算出することが可能である。
【００２６】
例えば圧縮は、所定の期間に亘って測定された、積載量に依存した磁界ピーク値の変化から推定することができ、メモリに保存された特性マップに基づいて、作用している重量を対応付けることができる。この場合に、磁界形成要素と磁界検出要素とが走行中ずっと実質的に等間隔に配置されているのか、又は、磁界形成要素と磁界検出要素との間の間隔が周期的にのみ所定の値となるのかは重要でない。換言すると、前輪ハブモータの駆動ユニットに磁界センサを設けることができ、そして、サスペンションフォークの圧縮を検出するために使用される磁石を、車両のハンドル側の部分にあるサスペンション（“圧縮距離”）の上方に配置することができる。後輪ハブ駆動の車両、及び、フレーム側に配置された永久磁石についても同様である。
【００２７】
もちろん、特性マップ乃至対応付けられた積載質量を計算によって求めて、式の形態でシステムに格納することが可能であり、択一的又は付加的に、予め規定された多数の動作状態において予め規定されたテスト質量を用いて較正を実施することも可能である。その後、走行中にこの較正を用いて、圧縮に応じて較正点間に内挿することができる。もちろん、上で説明した各方法及び装置は互いに組み合わせることができる。例えば動作状態に基づいて特に適当な方法乃至特に適当な圧縮距離の影響力を増加させるため、ひいては特に正確かつ確実な結果を得るために、好ましくは結果の適当な重み付けが実施される。
【００２８】
本発明の核となる着想は、車両の総質量を求めるための方法によって、電動車両の動作状態の監視を改善することである。
【００２９】
１つの側面によれば、車両が専ら電気的に駆動されている場合に、車両の勾配及び移動速度を考慮してニュートンの第２法則に基づいて車両の総質量が求められる。
【００３０】
択一的又は付加的に、着座された車両の部品集合体内部の圧縮距離を、例えば磁気素子及び磁界センサを利用して測定することができ、当該圧縮距離の、予め規定された剛性乃至予め検出された剛性から、フックの法則によって実際の重量分布を考慮して車両の総質量を推定することができる。
【００３１】
本発明の各側面を、添付図面を参照しながら実施例の形態で詳細に説明してきたが、添付の請求項によって保護範囲が規定されている本発明の範囲を逸脱することなく、当業者の技術能力の範囲内で、開示された特徴の変更、組み合わせ、及び、省略が可能である。
【図１】
2016501157.tif 000003
【図２】
2016501157.tif 000004
【図３】
2016501157.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月12日(2015.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両（１）の総質量を求めるための方法において、
・速度と、前記車両（１）が走行している勾配とを検出するステップ（１００）と、
・前記車両（１）の電気駆動部（１０）によって供給された駆動トルクを検出するステップ（２００）と、
・運転者によって供給された駆動トルクを、トルクセンサ（３）及び／又は回転数センサを用いて検出するステップと、
・ニュートンの第２法則に基づいて前記車両（１）の総質量を求めるステップ（４００）と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記車両（１）の速度変化を検出し、前記総質量を求める際に使用する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
電動車両（１）の総質量を求めるための方法において、
・着座された前記車両（１）の第１部品集合体の圧縮を検出するステップと、
・検出された前記圧縮に基づいて、前記車両（１）に対して作用する重量の実際の分布を考慮して、前記車両（１）の総質量を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項４】
前記車両（１）のシャーシ部品（１３）に設けられた、第１部品と、前記第１部品に対して相対移動可能な第２部品とから構成された前記第１部品集合体の圧縮を検出する、
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記圧縮を、前記第１部品に設けられた磁界センサ（１２）を用いて検出し、
前記磁界センサ（１２）の検出信号は、前記第２部品において形成された磁界による影響を受ける、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１部品は、運転者用シート装置の部品、及び／又は、ハンドル装置の部品、及び／又は、ホイールサスペンションの部品である、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第２部品は、前記車両（１）の車輪に含まれており、
前記第１部品は、前記車輪に対して固定された、前記車両（１）の部品である、
ことを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
電動車両（１）において、
・電気駆動部（１０）と、
・前記車両の速度を検出するための装置（５）と、
・運転者によって供給された駆動トルクを検出するための装置（３）と、
・前記車両が走行している勾配を検出するための装置（４）と、
・前記電気駆動部によって供給された駆動トルクを検出するための装置（９）と、
・評価ユニット（５，７）と、
を含み、
前記評価ユニット（５，７）は、前記各装置の検出信号を評価し、ニュートンの第２法則に基づいて前記車両（１）の総質量を求めるよう構成されている、
ことを特徴とする電動車両（１）。
【請求項９】
入力装置（５）をさらに含み、
前記入力装置（５）は、前記運転者の入力に応答して前記評価ユニット（５，７）を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項８記載の電動車両（１）。
【請求項１０】
前記車両（１）の加速度を検出するための装置をさらに含む、
ことを特徴とする請求項８又は９記載の電動車両（１）。
【請求項１１】
前記評価ユニット（５，７）は、前記各装置の検出信号を評価することによって前記車両（１）の速度変化を検出し、前記総質量を求める際に使用する、
ことを特徴とする請求項１０記載の電動車両（１）。
【請求項１２】
前記運転者によって供給された駆動トルクを検出するための前記装置（３）は、トルクセンサ（３）及び／又は回転数センサである、
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項記載の電動車両（１）。
【請求項１３】
電動車両（１）において、
・着座された前記車両（１）の第１部品集合体の圧縮を検出するための装置と、
・評価ユニット（５，７）と、
を含み、
前記評価ユニット（５，７）は、検出された前記圧縮に基づいて、前記車両（１）に対して作用する重量の実際の分布を考慮して、前記車両（１）の総質量を求めるよう構成されている、
ことを特徴とする電動車両（１）。
【請求項１４】
前記着座された前記車両（１）の前記第１部品集合体の圧縮を検出するための前記装置は、
前記車両（１）のシャーシ部品（１３）に設けられた、第１部品と、前記第１部品に対して相対移動可能な第２部品とから構成された前記第１部品集合体の前記圧縮を検出するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１３記載の電動車両（１）。
【請求項１５】
前記着座された前記車両（１）の前記第１部品集合体の圧縮を検出するための前記装置は、前記第１部品に設けられた磁界センサ（１２）であり、
前記磁界センサ（１２）は、前記磁界センサ（１２）の検出信号が、前記第２部品において形成された磁界による影響を受けるよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１４記載の電動車両（１）。
【請求項１６】
前記第１部品は、運転者用シート装置の部品、及び／又は、ハンドル装置の部品、及び／又は、ホイールサスペンションの部品である、
ことを特徴とする請求項１５記載の電動車両（１）。
【請求項１７】
前記第２部品は、前記車両（１）の車輪に含まれており、
前記第１部品は、前記車輪に対して固定された、前記車両（１）の部品である、
ことを特徴とする請求項１５又は１６記載の電動車両（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の総質量を求めるための方法及び装置に関する。
【０００２】
本発明は特に、総質量を考慮して運転者に対する支援トルクを提供する駆動部を有する電動自転車の総質量を求めるための方法及び装置に関する。
【０００３】
特開平１１−３３４６７７号公報及び独国特許出願公開第１０２０１００１７７４２号明細書から、モデルを形成するための方法が公知であり、これらの方法においては、勾配と、速度と、モータトルクと、運転者トルクとを用いて間接的にトルクを観察することが可能である。しかしながらこの開示されたモデルを使用するためには、駆動すべき車両の総質量を検出又は仮定すべきであり、このために効果的な方法は知られていない。
【０００４】
上に挙げた課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する方法、並びに、請求項３に記載の特徴を有する方法によって解決される。この課題はさらに、請求項８に記載の特徴を有する電動車両によって解決される。電動車両の総質量を求めるための第１の方法は、速度と、車両が走行している勾配とを検出するステップを含む。換言すると、車両の実際の速度と、当該速度で走行されている勾配とが検出される。
【０００５】
付加的に、車両が専ら電気的に駆動されている場合における駆動トルクが検出される。例えばこの検出は、車両である電動自転車の電気ドライブトレインの領域にあるトルクセンサを用いた測定によって実施することができる。本発明によれば付加的に、前記速度と、前記車両が走行している勾配と、電気モータの前記駆動トルクとから、ニュートンの第２法則に基づいて車両の総質量が求められる。
【０００６】
運転者によって加えられた駆動トルクをトルクセンサによって検出し、及び／又は、ペダル回転数を回転数センサによって検出し、総質量を求める際にこれらを考慮することができる。例えば、ニュートンの第２法則の公式において、車両のドライブトレインで筋力によって形成されるトルクを考慮するために、ペダルの領域にあるトルクセンサを使用することができる。車両のペダルに回転数センサが取り付けられている場合には、車両のユーザが、移動速度に対応する回転数でペダルを操作しているか否かを監視することができる。車両の推進に対して作用が及ぼされるほどケイデンスが高い場合（すなわち回転数が、実際の変速比を考慮して、車両の車輪回転数に相当する場合）には、ペダルの回転数が予め定められた限界回転数を下回るまで、乃至、ペダルが静止するまで、総質量の算出を中断することができる。このようにすると、本発明に基づいて総質量を求める際に、車両の運転者によって加えられる外乱を考慮することができる。
【０００７】
従属請求項は、本発明の好ましい発展形態に関する。
【０００８】
さらに好ましくは、車両の速度変化が検出され、総質量を求める際に使用される。換言すると、走行している車両（運転者と、存在する場合には積載質量とを含む車両）の質量が求められ、その一方で、車両の実際の速度変化が考慮される。速度変化が検出された場合には、ニュートンの第２法則の公式における相応の項「質量×加速度」が考慮され得る。従って、速度が変化している場合にも、車両の総質量を迅速かつ正確に求めることができる。
【０００９】
本発明の別の１つの側面によれば、電動車両の総質量を求めるための方法において、車両の第１部品集合体の圧縮を検出するステップと、検出された圧縮に基づいて、運転者が車両に対して作用する重量の実際の分布を考慮して、総質量を求めるステップとを有する方法が提案される。「圧縮」なる用語は、本発明においては、車両への積載及び着座によって生じた、第１部品集合体内部の間隔の短縮であると理解されたい。
【００１０】
第１部品集合体は、部品固有の弾性に基づいて、又は、当該第１部品集合体の、相対移動可能に支承された２つの部品の間において形成される可動性に基づいて、達成することができる。フックの法則を使用することができ、第１部品集合体内部における仮定又は既知の剛性乃至可塑性によって、並びに、圧縮によって、部品集合体内部における、車両に作用している重量の割合を推定することができる。
【００１１】
本発明によれば、車両への積載及び／又は着座による実際の重量分布が考慮される。この実際の重量分布は、例えば車両の構造様式に基づいて、勾配センサに関連して求めることができるか、又は、メモリ素子に記憶された値に基づいて仮定することができる。択一的又は付加的に、実際の重量分布を推定するために、着座された車両の第２部品集合体の圧縮を考慮することも可能である。このことによる利点は、総質量を求めるために、僅かな材料コストで、又は、全く材料コストをかけることなく、動作状態に対応した正確な重量を検出できることである。
【００１２】
さらに好ましくは、第１部品集合体内部及び／又は第２部品集合体内部の圧縮は、車両内部に設けられた第１及び第２の相対移動可能に配置された部品に関連して検出することができる。この装置は例えば、車両のシャーシに配置することができる。この場合には、第１部品と第２部品の相対移動が、動作及び／又は積載によって引き起こされる（この意味で、着座を「積載」として理解すべきである）。
【００１３】
例えば、シャーシにおけるサスペンションを弾性として考慮することができ、この弾性によって、作用している重量を計算するため、次いで総質量を計算するために、圧縮を使用できるようになる。このことによる利点は、装置の相対移動可能な部品同士の間において積載によって相当の相対移動が生じ、この相対移動を、距離センサを用いて正確に検出することができることである。
【００１４】
例えば圧縮は、好ましくは第１部品に設けられた第１磁気センサを用いて検出することができ、当該第１磁気センサの測定信号は、第２部品において形成された磁界による影響を受ける。このために例えば第２部品は永久磁石を含むことができ、当該永久磁石の磁界が、磁気センサにより、圧縮に基づいて異なる大きさで検出される。このようにして圧縮は、非接触にかつ耐汚染で検出されるように保証されている。
【００１５】
さらに好ましくは、第１部品は、運転者用シート装置、及び／又は、ハンドル装置、及び／又は、ホイールサスペンションに配置することができる。このことによる利点は、サスペンションを備えたシート装置、乃至、サスペンションを備えたシャーシ部分が、着座及び／又は積載に依存したバネストロークを有しており、このバネストロークを複数の適当な距離センサによって良好に検出することができるということである。
【００１６】
さらに好ましくは、第２部品は、車両の車輪に含まれており、第１部品は、車輪に対して固定的に車両に配置された部品である。従って、車輪がサスペンションによって懸架されている場合には、車両への積載乃至着座に基づいてバネストロークの相当の圧縮が見込まれる。
【００１７】
本発明の別の１つの側面によれば、例えば電気モータのような電気駆動部と、例えば回転数センサ又は衛星支援位置探知システムのような、車両の速度を検出するための装置と、運転者によって供給された駆動トルクを検出するための装置と、を含む電動自転車が提供される。最後に挙げた装置は、例えば車両のペダルに設けられた力センサを含み得る。電動自転車はさらに、車両が走行している勾配を検出するための装置を含み、この装置は例えば、傾斜センサとして動作する加速度センサを含み得る。さらに、電気駆動部によって形成された駆動トルクを検出するための装置が設けられている。トルクは、直接的（例えば力センサを用いて）又は間接的（例えば電気駆動部の消費電力を介して）に検出することができる。付加的に、本発明の電動車両は、評価ユニットと、車両の加速度を検出するための装置とを有する。車両の加速度は、例えば車輪センサ又は衛星の支援によって検出することができる。本発明によれば、評価ユニットは、上に挙げた各装置の信号を評価し、請求項に記載した方法を実施するように構成されている。このようにして、車両の総質量を求めることができ、車両の動作点を求める際に使用することができる。例えば傾斜を測定し、この傾斜から、求められた車両の総質量を使用して車両の勾配抵抗を求めることができる。これにより、電気駆動部を相応の設定値に適合して制御することができる。
【００１８】
好ましくは、本発明によって提案される電動車両は入力装置をさらに含み、この入力装置は、ユーザの入力に応答して評価ユニットを制御して、これまで詳細に説明してきたような方法を実施させるように構成されている。入力装置は、例えばキーボード及び／又はタッチパネル及び／又は音声認識装置及び／又は電子的に生成された信号を受信するための装置を含み得る。このようにして、車両のユーザによる直接入力を実施することができるか、又は、ユーザが携帯するモバイル電子機器との接続を実施することができる。モバイル電子機器には相応の命令セットを設けることができ、これらの命令セットがモバイル電子機器を制御して、入力を生成するための制御信号を評価ユニットに送信させる。このようにすると、上に説明した方法を、ユーザ要求乃至ユーザ入力に応答して実施することができ、ひいては、動作状態を識別するためのアルゴリズムによる車両の総質量の不要な再計算を回避することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の電動車両の１つの実施例の原理図である。
【図２】本発明のシステムの１つの実施例の各構成要素の概略図である。
【図３】本発明の１つの実施例に基づく方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図１は、電動車両として自転車１を図示している。自転車１は、駆動のためにバッテリ６とモータ１０とを有する。ボトムブラケットの領域にはさらに、自転車１の運転者によって供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ３が配置されている。付加的に、モータ１０によって供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ９が設けられている。重力加速度に対する自転車１の傾斜角度を検出するために、自転車１のフレームには加速度センサ４が配置されている。自転車１のハンドルの領域には、プロセッサ１１を含む搭載コンピュータ５が評価ユニットとして設けられている。プロセッサは、本発明の方法（図３に関連）を実施するために必要となるような命令を含むプログラムコード（図示せず）を有する。自転車１はさらにサスペンションフォーク１３を有し、サスペンションフォーク１３のフレーム側の部分は、磁界センサとしてホールセンサ１２を有している。サスペンションフォーク１３の車輪側に設けられた部分は、磁気素子１４を有している。磁気素子１４は、サスペンションフォーク１３を介してホールセンサ１２に対して移動することができる。このようにして、自転車１への積載乃至着座によって生じたサスペンションフォーク１３の圧縮を、磁気素子１４とホールセンサ１２とによって検出することができる。
【００２２】
図２は、本発明の方法を実施するためのシステム２０の各構成要素の概略図を図示している。評価ユニットであるモータ制御装置７は、傾斜センサである加速度センサ４と、メモリ８と、ペダルに供給されたトルクを検出するためのトルクセンサ３と、電気モータ２と、モータ２に給電するためのバッテリ６と、プロセッサ１１を含む搭載コンピュータ５と、に接続されている。ここでは、搭載コンピュータ５（マンマシンインターフェース（ＭＭＩ））乃至搭載コンピュータ５のプロセッサ１１か、又は、モータ制御装置７かのいずれかが、本発明に基づく評価ユニットとして動作することができる。図示した各構成要素は、本発明の各側面の説明に関連して上述したように機能する。
【００２３】
図３は、本発明の１つの実施例に基づく方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。本方法は、搭載コンピュータ５を介したユーザの入力によって開始（“スタート”）する。ステップ１００において、速度と、車両１が走行している勾配とが検出される。特に、検出された勾配を走行している最中の速度が検出される。ステップ２００において、車両１のペダルを介した運転者によるトルク供給が実施されない間、電気モータ１０によって供給されたトルクが検出される。ステップ３００において、運転者トルクが０Ｎｍではないことが検出された場合（Ｎ）には、本方法は、ステップ１００における速度及び勾配の検出を続行する。運転者トルクが０Ｎｍである場合（Ｙ）にはすぐに、ステップ４００において、検出された各大きさに基づき、ニュートンの第２法則に則して車両１の総質量が求められる。ステップ５００において、予め規定された中断条件が満たされているかが判別される。予め規定された中断条件を例えばユーザインタラクションとすることができる、又は、本方法の実施を、例えば移動速度が０ｋｍ／ｈであることが確認されたことに基づいて中断することができる。予め規定された中断基準が満たされていない場合（Ｎ）には、本方法は、ステップ１００における速度及び勾配の検出を続行する。予め規定された中断基準が満たされている場合（Ｙ）には、本方法は終了する（“終了”）。
【００２４】
本発明によれば、運転者及び／又は積載物によって車両に作用している重量を、車両の部品又は部品集合体の圧縮によって求めることが提案される。この場合に、車両において複数の圧縮距離が検出されるが、このことは本発明の範囲を限定するものではない。例えばハンドルに、好ましくは搭載コンピュータ５のケーシング内に、磁界センサを設けることができる。磁気素子として、車輪回転数を検出するために車輪に配置された永久磁石を使用することができる。速度乃至速度変化は、本発明によれば公知の方法で（例えばリード接点によって）測定することができ、車両が走行している勾配も、公知の方法で（例えば加速度センサ又は圧力センサによって）検出することができる。通常、運転者又は対応付けられた特性マップによって予め定められるモータトルクについても同様である。運転者トルクは、例えば車両のペダルに設けられた周知のトルクセンサ機器によって検出することができるか、又は、ペダルに設けられた回転数センサによって車両のユーザによるペダル操作は無さそうだと判断されれば、運転者の作用を排除することができる。好ましくは、本発明に基づいてニュートンの第２法則（運動方程式）から総質量を求める際に、転がり抵抗及び／又は空気抵抗は、検出された移動速度に基づき、固定値として仮定されるか、特性マップから導出されるか、又は、完全に無視される。車両の速度変化が運転者によるトルクの供給と同じように行われない場合には、転がり摩擦及び空気抵抗について仮定された値から勾配抵抗が直接求められる。もちろん、速度信号及び／又は速度変化信号は、仮定される又は求められる総質量との関係において、質量の項に関して考慮することができる。
【００２５】
検出された圧縮は、自転車の種類と、対応付けられた既知の重量分布とに応じて、総積載質量に変換することができる。例えば実験により、運転者の質量が自転車のハンドルの上に約３０％、自転車のサドルの上に約７０％加わることを特定することができる。本発明に基づき、例えば（ハンドルの下側にある）サスペンションフォークの圧縮が、サスペンションフォークの剛性に関連して例えば３００Ｎの重量であると検出された場合には、計算モデルにおいて、積載質量の７０％がサドルを介して車両に供給されるということを考慮することができる。換言すると、既知の百分率の重量分布に基づいて、積載質量（運転者を含んだ積載量）が１０００Ｎであると算出することが可能である。
【００２６】
例えば圧縮は、所定の期間に亘って測定された、積載量に依存した磁界ピーク値の変化から推定することができ、メモリに保存された特性マップに基づいて、作用している重量を対応付けることができる。この場合に、磁界形成要素と磁界検出要素とが走行中ずっと実質的に等間隔に配置されているのか、又は、磁界形成要素と磁界検出要素との間の間隔が周期的にのみ所定の値となるのかは重要でない。換言すると、前輪ハブモータの駆動ユニットに磁界センサを設けることができ、そして、サスペンションフォークの圧縮を検出するために使用される磁石を、車両のハンドル側の部分にあるサスペンション（“圧縮距離”）の上方に配置することができる。後輪ハブ駆動の車両、及び、フレーム側に配置された永久磁石についても同様である。
【００２７】
もちろん、特性マップ乃至対応付けられた積載質量を計算によって求めて、式の形態でシステムに格納することが可能であり、択一的又は付加的に、予め規定された多数の動作状態において予め規定されたテスト質量を用いて較正を実施することも可能である。その後、走行中にこの較正を用いて、圧縮に応じて較正点間に内挿することができる。もちろん、上で説明した各方法及び装置は互いに組み合わせることができる。例えば動作状態に基づいて特に適当な方法乃至特に適当な圧縮距離の影響力を増加させるため、ひいては特に正確かつ確実な結果を得るために、好ましくは結果の適当な重み付けが実施される。
【００２８】
本発明の核となる着想は、車両の総質量を求めるための方法によって、電動車両の動作状態の監視を改善することである。
【００２９】
１つの側面によれば、車両が専ら電気的に駆動されている場合に、車両の勾配及び移動速度を考慮してニュートンの第２法則に基づいて車両の総質量が求められる。
【００３０】
択一的又は付加的に、着座された車両の部品集合体内部の圧縮距離を、例えば磁気素子及び磁界センサを利用して測定することができ、当該圧縮距離の、予め規定された剛性乃至予め検出された剛性から、フックの法則によって実際の重量分布を考慮して車両の総質量を推定することができる。
【００３１】
本発明の各側面を、添付図面を参照しながら実施例の形態で詳細に説明してきたが、添付の請求項によって保護範囲が規定されている本発明の範囲を逸脱することなく、当業者の技術能力の範囲内で、開示された特徴の変更、組み合わせ、及び、省略が可能である。
【国際調査報告】
2016501157.tif 000006
2016501157.tif 000007
2016501157.tif 000008
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