DE102012222087A1

DE102012222087A1 - Electrical bicycle, has chain drive transferring drive force of electric motor on rear wheel, pedal drive inputting body force of driver of bicycle into chain drive, and clutch and free-wheel separably coupling pedal drive at chain drive

Info

Publication number: DE102012222087A1
Application number: DE201210222087
Authority: DE
Inventors: Armin Verhagen; Karlheinz Frese; Christian Motschenbacher; Martin Katzschmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-05

Abstract

The bicycle (100) has an electric motor (M) arranged between a front wheel (104) and a rear wheel (106). A chain drive (108) transfers a drive force of the electric motor on the rear wheel. A pedal drive (110) inputs a body force of a driver of the bicycle into the chain drive. A clutch (118) i.e. centrifugal clutch, and a free-wheel separably couple the pedal drive at the chain drive. The chain drive is provided with a chain (116). A detection unit (119) detects a delay requirement of the driver. A control device (120) controls the clutch based on the delay requirement. An independent claim is also included for a method for driving an electrical bicycle.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrrad, insbesondere ein Elektrofahrrad mit einem Mittelmotor, und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrads.The present invention relates to an electric bicycle, in particular an electric bicycle with a center motor, and to a method for operating an electric bicycle.

Elektrofahrräder weisen im Gegensatz zu üblichen Fahrrädern einen elektrischen Unterstützungsantrieb auf, der mit einem elektrischen Akkumulator betrieben wird. Im üblichen Betrieb wird aus der elektrischen Energie des Akkumulators mechanische Energie erzeugt, die die Fortbewegung des Fahrrads unterstützt. Beispielsweise aus WO 08/138320 ist bekannt, dass ein Pedaldrehmoment und eine Pedaldrehzahl, mit der der Fahrer den Antrieb mechanisch unterstützt, zudem erfasst werden, um den elektrischen Zusatzantrieb anzusteuern. Aus Gründen einer ausgeglichenen Gewichtsverteilung und eines stabilen Fahrverhaltens des Elektrofahrrads ist es vorteilhaft, den Elektromotor als sogenannten Mittelmotor am Tretlager in der Mitte zwischen Vorder- und Hinterrad anzuordnen.Electric bicycles, in contrast to conventional bicycles on an electric support drive, which is operated with an electric accumulator. In normal operation, mechanical energy is generated from the electrical energy of the accumulator, which supports the movement of the bicycle. For example WO 08/138320 It is known that a pedal torque and a pedal speed, with which the driver mechanically supports the drive, are also detected in order to control the electric auxiliary drive. For reasons of a balanced weight distribution and a stable driving behavior of the electric bicycle, it is advantageous to arrange the electric motor as a so-called center motor at the bottom bracket in the middle between the front and rear wheels.

Zum Abbremsen sind mechanisch wirkende Vorrichtungen bekannt, bei denen jedoch die kinetische Energie des Fahrrads vernichtet wird. Zum Beispiel offenbart die DE 10 2010 028 645 A1 die Verwendung einer konventionellen, mechanisch wirkenden Rücktrittbremse bei einem Elektrofahrrad mit Mittelmotor, wobei der elektrische Antrieb abgestellt wird, wenn eine rückwärts gerichtete Pedalbewegung erfasst wird.For braking mechanically acting devices are known in which, however, the kinetic energy of the bicycle is destroyed. For example, the DE 10 2010 028 645 A1 the use of a conventional mechanically acting coaster brake in a mid-engined electric bicycle wherein the electric drive is turned off when reverse pedal motion is detected.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß vorgesehen ist ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor, der zwischen Vorderrad und Hinterrad angeordnet ist. Diese Anordnung des Elektromotors als sogenannter Mittelmotor zwischen Vorder- und Hinterrad ermöglicht ein vorteilhaftes Fahrverhalten des Elektrofahrrads. Das Elektrofahrrad umfasst weiterhin eine Antriebskraftübertragungseinrichtung zur Übertragung einer Antriebskraft des Elektromotors auf das Hinterrad, z.B. ein Kettengetriebe, eine Kardanwelle oder ähnliche Vorrichtung, die geeignet ist, die Antriebskraft entlang der Strecke von der Position des Elektromotors in der Mitte zwischen Vorder- und Hinterrad bis zur Position des Hinterrads zu übertragen. Ferner umfasst das Elektrofahrrad eine Körperkrafteintrageinrichtung zum Eintragen der Körperkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads in die Antriebskraftübertragungseinrichtung auf, z.B. einen Pedalantrieb, Knieantrieb oder ähnliche Vorrichtung. Dass die Körperkrafteintrageinrichtung zum Eintragen der Körperkraft in die Antriebskraftübertragungseinrichtung ausgebildet ist, welche sich vom Hinterrad bis in die Mittelposition zwischen den Rädern erstreckt, ermöglicht eine Positionierung des Fahrers ebenfalls in der Mitte des Elektrofahrrads mit entsprechend vorteilhafter Gewichtsverteilung, Fahrstabilität und -komfort, indem die Körperkraft mit der Antriebskraft des Elektromotors zusammengeführt und gemeinsam mit dieser an die Position des Hinterrads übertragen wird.Accordingly provided is an electric bicycle with an electric motor which is arranged between the front wheel and the rear wheel. This arrangement of the electric motor as a so-called center motor between the front and rear wheels allows an advantageous driving behavior of the electric bicycle. The electric bicycle further comprises driving force transmitting means for transmitting a driving force of the electric motor to the rear wheel, e.g. a chain transmission, a propeller shaft or similar device capable of transmitting the driving force along the route from the position of the electric motor in the middle between the front and rear wheels to the position of the rear wheel. Further, the electric bicycle includes a body force input device for inputting the physical force of a driver of the electric bicycle into the driving force transmission device, e.g. a pedal drive, knee drive or similar device. The fact that the body force input device is designed to introduce the physical force into the drive force transmission device, which extends from the rear wheel to the middle position between the wheels, allows positioning of the driver also in the middle of the electric bicycle with correspondingly advantageous weight distribution, driving stability and comfort, by the body merged with the driving force of the electric motor and is transmitted together with this to the position of the rear wheel.

Weiterhin umfasst das Elektrofahrrad eine trennbare Koppeleinrichtung, die die Körperkrafteintrageinrichtung trennbar an die Antriebskraftübertragungseinrichtung koppelt. Mit anderen Worten ist die trennbare Koppeleinrichtung ausgebildet, einen koppelnden Zustand einzunehmen, in welchem die Körperkrafteintrageinrichtung zum Eintragen der Körperkraft in die Antriebskraftübertragungseinrichtung an diese gekoppelt ist, oder einen trennenden Zustand einzunehmen, in welchem die Körperkrafteintrageinrichtung und die Antriebskraftübertragungseinrichtung voneinander entkoppelt sind. Auch weitere Zustände sind denkbar. Bei der trennbaren Koppeleinrichtung kann es sich z.B. um eine durch eine Steuervorrichtung betätigbare Kupplung wie z.B. eine Scheibenkupplung, Visco-Kupplung, Kegelkupplung, L-Kupplung usw. oder auch eine selbsttätig trennende und koppelnde Vorrichtung wie einen Freilauf oder eine Fliehkraftkupplung handeln. Anwendbar sind z.B. Freiläufe mit Klemmrollen, mit Klemmkörper, mit Sperrklinke(n), mit Zahnscheibe(n), oder mit einer Schlingfeder. Die trennbare Koppeleinrichtung ermöglicht mittels ihres trennenden Zustands, dass der Fahrer in einer Situation, wo er das Elektrofahrrad bremsen möchte, seinen mit der Körperkrafteintrageinrichtung zusammenwirkenden Körper in intuitiver und komfortabler Weise ruhig halten kann, ohne dass die von der Körperkrafteintrageinrichtung entkoppelte Antriebskraftübertragungseinrichtung ebenfalls stillstehen muss. Dies ermöglicht es, den Elektromotor in einen Rekuperationsmodus zu versetzen, in welchem er unter Erzeugung elektrischer Energie als elektrische Bremse wirkt, deren Bremskraft sich über die von der Körperkrafteintrageinrichtung entkoppelte Antriebskraftübertragungseinrichtung auf das Hinterrad überträgt.Furthermore, the electric bicycle comprises a separable coupling device which separably couples the body force input device to the drive force transmission device. In other words, the separable coupling device is configured to assume a coupling state in which the body force input device for inputting the body force into the drive force transmission device is coupled thereto, or to assume a separating state in which the body force input device and the drive force transmission device are decoupled from each other. Other states are conceivable. The separable coupling device may be e.g. about a clutch operable by a control device, such as e.g. a disc clutch, viscous coupling, cone clutch, L-clutch, etc., or even an automatically separating and coupling device such as a freewheel or a centrifugal clutch act. Applicable are e.g. Freewheels with pinch rollers, with clamping body, with pawl (s), with toothed disc (s), or with a wrap spring. The separable coupling device, by means of its separating state, enables the driver, in a situation where he wants to brake the electric bicycle, to keep his body interacting with the body force input device in an intuitive and comfortable manner without the drive force transmission device decoupled from the body force input device also having to stand still. This makes it possible to set the electric motor in a recuperation mode in which it acts to generate electrical energy as an electric brake, the braking force is transmitted to the rear wheel via the decoupled from the body force input device driving force transmission device.

Unter einem weiteren Gesichtspunkt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Antreiben eines Elektrofahrrads. In einem ersten Schritt wird ein Elektromotor zwischen Vorderrad und Hinterrad des Elektrofahrrads angeordnet. In weiteren Schritten wird eine Antriebskraft des Elektromotors mittels einer Antriebskraftübertragungseinrichtung auf das Hinterrad übertragen, die Körperkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads mittels einer Körperkrafteintrageinrichtung in die Antriebskraftübertragungseinrichtung eingetragen, sowie eine Koppeleinrichtung getrennt, die die Körperkrafteintrageinrichtung trennbar an die Antriebskraftübertragungseinrichtung koppelt.In another aspect, the invention provides a method of driving an electric bicycle. In a first step, an electric motor is arranged between the front wheel and the rear wheel of the electric bicycle. In further steps, a drive force of the electric motor is transmitted to the rear wheel by means of a drive force transmission device, the body force of a driver of the electric bicycle is entered into the drive force transmission device by means of a force input device, and a coupling device is disconnected, which removably couples the force input device to the drive force transmission device.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die Erfindung beruht auf der Idee, bei einem Elektrofahrrad mit Mittelmotor die Antriebskraftübertragungseinrichtung zur Übertragung der Antriebskraft von der Motorposition zwischen Vorderrad und Hinterrad, wo sich auch eine Körperkrafteintrageinrichtung wie z.B. ein Pedalantrieb mit in einem Tretlager gelagerten Pedalkurbeln befindet, auf reversibel trennbare Weise an die Körperkrafteintrageinrichtung zu koppeln. Auf diese Weise ergeben sich zwei Betriebszustände, von denen einer die Rekuperation elektrischer Energie ermöglicht, während die Körperkrafteintrageinrichtung auf komfortable Weise durch den Fahrer still gehalten oder auch zur Steuerung des Bremsvorgangs durch den Elektromotor und/oder weitere Bremsen verwendet werden kann, z.B. durch Zurücktreten auf die gleiche Weise wie bei einer herkömmlichen Rücktrittbremse. Durch das rekuperative Bremsen kann eine vorhandene mechanische Bremse hinsichtlich der Dauerfestigkeit schwächer ausgelegt werden, da in der Regel ein Großteil der Bremswirkung vom Elektromotor übernommen wird. Dadurch sinken die Herstellungskosten des Elektrofahrrads. Durch die Bremsunterstützung des Elektromotors erhöht sich auch die Lebensdauer der mechanischen Bremse und der verwendeten Bremsklötze oder -beläge.The invention is based on the idea that, in a mid-engined electric bicycle, the driving force transmission means for transmitting the driving force from the engine position between the front wheel and the rear wheel, where also a body force input means such as e.g. a pedal drive is mounted with pedal cranks mounted in a bottom bracket, to couple in reversibly separable manner to the body force input device. In this way, there are two operating conditions, one of which allows the recuperation of electrical energy, while the body force input means can be kept still comfortable by the driver or can also be used to control the braking operation by the electric motor and / or further brakes, e.g. by receding in the same way as a conventional coaster brake. By recuperative braking an existing mechanical brake can be designed weaker in terms of fatigue strength, since usually a large part of the braking effect is taken over by the electric motor. This reduces the manufacturing costs of the electric bicycle. The brake support of the electric motor also increases the life of the mechanical brake and the brake pads or pads used.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Elektrofahrrads umfasst die Antriebskraftübertragungseinrichtung eine Kette oder eine Kardanwelle. Dies ermöglicht die betriebssichere, kostengünstige Übertragung der Antriebskraft.According to a preferred development of the electric bicycle, the drive force transmission device comprises a chain or a cardan shaft. This allows the reliable, cost-effective transmission of the driving force.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Körperkrafteintrageinrichtung als Pedalantrieb ausgebildet. Ein solcher Antrieb ist komfortabel und effizient zu betätigen.According to a preferred embodiment, the body force input device is designed as a pedal drive. Such a drive is comfortable and efficient to operate.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Koppeleinrichtung einen Freilauf auf. Dies hat den Vorteil, dass eine besondere Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Koppeleinrichtung nicht notwendig ist, da der Freilauf selbsttätig die Körperkrafteintrageinrichtung von der Antriebskraftübertragungseinrichtung entkoppelt, sobald der Fahrer soweit in seiner Körperkraft nachlässt, dass die Körperkrafteintrageinrichtung hinter der Antriebskraftübertragungseinrichtung zurückbleibt.According to a preferred embodiment, the coupling device has a freewheel. This has the advantage that a special control device for controlling the coupling device is not necessary, since the freewheel automatically decouples the body force input device from the drive force transmission device as soon as the driver declines so far in terms of physical strength that the body force input device remains behind the drive force transmission device.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Koppeleinrichtung eine Kupplung auf. Eine Kupplung ermöglicht einen präzise gesteuerten Betrieb, mittels z.B. einer speziellen elektronischen Ansteuerung, um einen besonders hohen Fahrkomfort zu erreichen. Beispielsweise ist die Kupplung eine Fliehkraftkupplung. Auf diese Weise kann z.B. ein gewünschtes Eintreten in den gekoppelten Betriebszustand der trennbaren Koppeleinrichtung ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit kostengünstig auch ohne eine gesonderte Ansteuerung erzielt werden.According to a preferred embodiment, the coupling device has a coupling. A coupling allows for precise controlled operation, e.g. a special electronic control to achieve a particularly high ride comfort. For example, the clutch is a centrifugal clutch. In this way, e.g. a desired entry into the coupled operating state of the separable coupling device from a certain minimum speed can be achieved cost-effectively even without a separate control.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Elektrofahrrad ferner eine Detektionseinheit zum Detektieren einer Verzögerungsanforderung (d.h. eines Bremswunsches) des Fahrers, und ein Steuergerät zum Ansteuern der Kupplung in Abhängigkeit von der Verzögerungsanforderung. Beispielsweise besteht die Verzögerungsanforderung im Betätigen eines Bremshebels oder dem Zurücktreten eines Pedalantriebs. Dies ermöglicht einen besonders genau entsprechend der Vorstellung des Fahrers ausgeführten Bremsvorgang, insbesondere bei Ansteuerung in Kombination mit einer weiteren Bremse.According to a preferred development, the electric bicycle further comprises a detection unit for detecting a deceleration request (i.e., a braking request) of the driver, and a control device for driving the clutch in response to the deceleration request. For example, the deceleration requirement consists of operating a brake lever or withdrawing a pedal drive. This allows a particularly accurate according to the idea of the driver running braking, especially when driven in combination with another brake.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner ein Schritt des Rekuperierens elektrischer Energie mittels des Elektromotors. Hierbei fungiert der Elektromotor als Generator, der elektrische Energie abgibt, sodass diese z.B. in einer wiederaufladbaren Batterie des Elektrofahrrads gespeichert werden kann.According to a preferred embodiment of the method according to the invention is also a step of Rekuperierens electrical energy by means of the electric motor. In this case, the electric motor acts as a generator, which emits electrical energy, so that this e.g. can be stored in a rechargeable battery of the electric bicycle.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Detektieren der Verzögerungsanforderung durch Ermitteln der Stellung eines Bremshebels. Dies ermöglicht, den Bremswunsch durch Ermitteln des Bremshebelwinkels auch quantitativ genau zu erfassen.According to a preferred development, the detection of the deceleration request takes place by determining the position of a brake lever. This makes it possible to detect the braking request by determining the brake lever angle also quantitatively accurate.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 is a schematic representation of an electric bicycle according to an embodiment of the present invention;

2 ist eine schematische Darstellung eines Freilaufs bei einem Elektrofahrrad gemäß einer weiteren Ausführungsform; 2 is a schematic representation of a freewheel in an electric bicycle according to another embodiment;

3 ist ein Diagramm, das die Bremsleistung in Abhängigkeit vom Winkel der Stellung eines Bremshebels zeigt, bei einem Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrads, gemäß einer Ausführungsform; und 3 FIG. 13 is a graph showing braking power versus angle of position of a brake lever in a method of operating an electric bicycle according to an embodiment; FIG. and

4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, gemäß einer Ausführungsform, zum Betreiben eines Elektrofahrrads. 4 FIG. 10 is a flowchart of a method, according to an embodiment, for operating an electric bicycle. FIG.

Sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt, beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche oder äquivalente Elemente.Unless otherwise stated, like reference numerals in the figures refer to like or equivalent elements.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Elektrofahrrad 100, das auf einer herkömmlichen Fahrradkonstruktion mit einem gleich großen Vorderrad 104 und Hinterrad 106 basiert, wobei zahlreiche, mit herkömmlichen Fahrrädern übereinstimmende Konstruktionsteile wie der Rahmen, Lenker, Sattel usw. nicht eigens bezeichnet sind. Das Elektrofahrrad 100 weist einen Elektromotor M auf, der oberhalb eines Tretlagers 124 als sogenannter Mittelmotor in einem Mittelbereich zwischen dem Vorderrad 104 und dem Hinterrad 106 angeordnet ist. Eine nur schematisch gezeigte Motorwelle 103 des Elektromotors M ist derart an ein im Tretlager 124 gelagertes vorderes Kettenzahnrad 114 gekoppelt, dass der Elektromotor M das vordere Kettenzahnrad 114 antreiben und von diesem angetrieben werden kann. An der Nabe des Hinterrades 106 ist ein mit dem Hinterrad 106 drehfest – d.h. insbesondere ohne Zwischenschaltung eines Freilaufs – verbundenes hinteres Kettenzahnrad 115 derart befestigt, dass dieses stets gemeinsam mit dem Hinterrad 106 rotiert. Die beiden Kettenzahnräder 114, 115 bilden gemeinsam mit einer darumgelegten Kette 116 ein Kettengetriebe 108, das eine Antriebskraftübertragungseinrichtung zur Übertragung der Antriebskraft des Elektromotors M auf das Hinterrad 106 darstellt. 1 shows a schematic representation of an electric bicycle 100 That's on a conventional bicycle construction with an equally sized front wheel 104 and rear wheel 106 are based, wherein numerous, with conventional bicycles matching construction parts such as the frame, handlebar, saddle, etc. are not specifically designated. The electric bicycle 100 has an electric motor M, which is above a bottom bracket 124 as a so-called mid-engine in a middle region between the front wheel 104 and the rear wheel 106 is arranged. A motor shaft shown only schematically 103 of the electric motor M is so to a in the bottom bracket 124 stored front sprocket 114 coupled, that the electric motor M, the front sprocket 114 drive and can be driven by this. At the hub of the rear wheel 106 is one with the rear wheel 106 rotatably - ie in particular without the interposition of a freewheel - connected rear sprocket 115 fixed so that this always together with the rear wheel 106 rotates. The two sprockets 114 . 115 form together with a chain attached 116 a chain transmission 108 comprising a driving force transmission means for transmitting the driving force of the electric motor M to the rear wheel 106 represents.

Das Elektrofahrrad 100 umfasst ferner einen um die Achse des Tretlagers 124 drehbar gelagerten Pedalantrieb 110, der eine Körperkrafteintrageinrichtung zum Eintragen der Körperkraft 112 eines Fahrers (nicht gezeigt) des Elektrofahrrads 100 darstellt. Anders als bei herkömmlichen Fahrrädern ist der Pedalantrieb 110 mit dem vorderen Kettenzahnrad 114 nicht drehfest verbunden, sondern unter Zwischenschaltung einer durch ein Steuergerät 120 des Elektrofahrrads 100 steuerbaren Kupplung 118. Die Kupplung 118 stellt eine trennbare Kupplungseinrichtung dar, die ausgebildet ist, je nach Ansteuerung durch das Steuergerät 120 entweder den Pedalantrieb 110 drehfest an das vordere Kettenzahnrad 114 zu koppeln oder den Pedalantrieb 110 derart vom vorderen Kettenzahnrad 114 zu entkoppeln, dass dieser unabhängig vom Bewegungszustand des vorderen Kettenzahnrads 114 um die Achse des Tretlagers 124 drehbar ist.The electric bicycle 100 further includes one about the axis of the bottom bracket 124 rotatably mounted pedal drive 110 , the body force introducing means for registering the physical strength 112 a driver (not shown) of the electric bicycle 100 represents. Unlike conventional bikes is the pedal drive 110 with the front sprocket 114 not rotatably connected, but with the interposition of a control unit 120 of the electric bicycle 100 controllable coupling 118 , The coupling 118 represents a separable coupling device, which is formed, depending on the control by the control unit 120 either the pedal drive 110 rotationally fixed to the front sprocket 114 to couple or the pedal drive 110 so from the front sprocket 114 to decouple that this regardless of the state of motion of the front sprocket 114 around the axle of the bottom bracket 124 is rotatable.

Das Elektrofahrrad 100 umfasst ferner einen am Lenker angebrachten Bremshebel 122, der vom Fahrer unterschiedlich stark betätigbar ist, um jeweils eine entsprechend starke Bremswirkung anzufordern. Je nach Stärke der Betätigung nimmt der Bremshebel 122 einen bestimmten Bremshebelwinkel ein. Der Bremshebel 122 weist ein Potentiometer 132 auf, dessen Stellung und elektrischer Widerstand sich mit dem Bremshebelwinkel ändern. Das Potentiometer 132 ist über eine elektrische Verbindungsleitung mit dem Steuergerät 120 derart verbunden, dass sein Widerstand und damit der Bremshebelwinkel des Bremshebels 122 durch eine entsprechende Detektionseinheit 119 des Steuergeräts 120 erfassbar ist. Das Elektrofahrrad 100 umfasst weiterhin einen Akkumulator 126, eine auf das Hinterrad 106 mechanisch wirkende, elektrisch betätigbare Bremse 130 und einen Drehzahlmesser 128 zur Messung einer Drehzahl des Hinterrads 106. Das Steuergerät 120 ist durch entsprechende Leitungen mit dem Akkumulator 126, der Bremse 130, dem Drehzahlmesser 128, dem Elektromotor M und der Kupplung 188 verbunden. Das Steuergerät 121 umfasst weiterhin eine Antiblockiereinheit 121 zur Vermeidung eines Blockierens des Hinterrads 106 beim Bremsen z.B. mit der Bremse 130.The electric bicycle 100 further includes a handlebar mounted on the brake lever 122 , which can be actuated by the driver to different degrees in order to request a correspondingly strong braking effect. Depending on the strength of the operation takes the brake lever 122 a certain brake lever angle. The brake lever 122 has a potentiometer 132 on whose position and electrical resistance change with the brake lever angle. The potentiometer 132 is via an electrical connection line with the control unit 120 connected such that its resistance and thus the brake lever angle of the brake lever 122 by a corresponding detection unit 119 of the control unit 120 is detectable. The electric bicycle 100 further comprises an accumulator 126 , one on the rear wheel 106 mechanically acting, electrically actuated brake 130 and a tachometer 128 for measuring a rotational speed of the rear wheel 106 , The control unit 120 is through appropriate lines to the accumulator 126 , the brake 130 , the tachometer 128 , the electric motor M and the clutch 188 connected. The control unit 121 further comprises an anti-blocking unit 121 to avoid blocking the rear wheel 106 when braking eg with the brake 130 ,

Der Betrieb des Elektrofahrrads 100 soll nun mit Bezug auf das Flussdiagramm in 4 näher erläutert werden. Der anfänglich dargestellte Schritt 400 betrifft das Bereitstellen des Elektrofahrrads 100 selbst, wobei der Elektromotor M als Elektromittelmotor zwischen Vorderrad 104 und Hinterrad 106 angeordnet wird. Die Kupplung 118 zwischen dem Pedalantrieb 110 und dem vorderen Kettenzahnrad 114 wird dabei in einen Zustand versetzt, in welchem der Pedalantrieb 110 an mit dem vorderen Kettenzahnrad 114 gekoppelt ist. In Schritt 401 betätigt der Fahrer den Pedalantrieb 110 um das Fahrrad in Bewegung zu setzen. Aufgrund der in diesem Zustand bestehenden der Kopplung des Pedalantriebs 110 mit dem vorderen Kettenzahnrad 114 dreht sich letzteres mit dem Pedalantrieb 110 und treibt über die Kette 116 und das hintere Kettenzahnrad 115 das Hinterrad 106 an.The operation of the electric bicycle 100 shall now with reference to the flowchart in 4 be explained in more detail. The initial step 400 relates to the provision of the electric bicycle 100 itself, wherein the electric motor M as electric motor between front wheel 104 and rear wheel 106 is arranged. The coupling 118 between the pedal drive 110 and the front sprocket 114 is thereby placed in a state in which the pedal drive 110 on with the front sprocket 114 is coupled. In step 401 the driver actuates the pedal drive 110 to set the bicycle in motion. Due to the existing in this state of the coupling of the pedal drive 110 with the front sprocket 114 the latter turns with the pedal drive 110 and drives over the chain 116 and the rear sprocket 115 the rear wheel 106 at.

In Schritt 403 detektiert das Steuergerät 120 die Wirkung der Körperkraft 112 des Fahrers, z.B. über einen die Kupplung 118 oder an anderer Stelle am Tretlager 124 integrierten Sensor (nicht gezeigt). In Schritt 402 schaltet das Steuergerät 120 den Elektromotor M ein, indem es ihn so mit dem Akkumulator 126 verbindet, dass die Motorwelle 103 das vordere Kettenzahnrad 114 in der gleichen Richtung einwirkt, wie der Pedalantrieb 110. Dabei regelt das Steuergerät die Leistung des Motors M in Proportion zur Leistung der Körperkraft 112. Das Kettengetriebe 108 als Antriebskraftübertragungseinrichtung überträgt dabei die Antriebskraft des Elektromotors M, vereint mit der Körperkraft 112 des Fahrers auf das Hinterrad 106.In step 403 detects the control unit 120 the effect of physical strength 112 of the driver, eg via a clutch 118 or elsewhere on the bottom bracket 124 integrated sensor (not shown). In step 402 switches the controller 120 the electric motor M, putting it so with the accumulator 126 that connects the motor shaft 103 the front sprocket 114 acts in the same direction as the pedal drive 110 , The control unit regulates the power of the motor M in proportion to the power of the body 112 , The chain transmission 108 as a driving force transmission device transmits the driving force of the electric motor M, combined with the physical force 112 the driver on the rear wheel 106 ,

In Schritt 408 detektiert das Steuergerät 120 mit seiner Detektionseinheit 119 durch messen des elektrischen Widerstands des Potentiometers 132, ob der Fahrer durch Drücken des Bremshebels 122 eine Verzögerungsanforderung abgegeben hat, einschließlich der Größe des eingestellten Bremshebelwinkels. Ist der Bremshebel 122 nicht gedrückt, springt das Verfahren zurück nach Schritt 401, wo der Fahrer weiter den Pedalantrieb 110 betätigt, worauf in Schritt 403 die Wirkung der Körperkraft 112 detektiert und in Schritt 402 wiederum eine Leistung des Elektromotors M eingestellt wird, die in festem Verhältnis zur momentan eingesetzten Körperkraft 112 des Fahrers steht. Falls in Schritt 408 detektiert wird, dass der Fahrer den Bremshebel 122 betätigt hat, um eine Verzögerungsanforderung abzugeben, springt das Verfahren zu Schritt 406.In step 408 detects the control unit 120 with its detection unit 119 by measuring the electrical resistance of the potentiometer 132 whether the driver by pressing the brake lever 122 has submitted a deceleration request, including the size of the adjusted brake lever angle. Is the brake lever 122 not pressed, the process returns to step 401 where the driver continues the pedal drive 110 pressed, on what in step 403 the effect of physical strength 112 detected and in step 402 in turn, a power of the electric motor M is set, which is in fixed relation to the currently used body force 112 the driver stands. If in step 408 it is detected that the driver is the brake lever 122 has pressed to give a delay request, the process jumps to step 406 ,

In Schritt 406 unterbricht das Steuergerät 120 die Stromzufuhr an den Elektromotor M und sendet einen Befehl an die Kupplung 118, um die Kopplung zwischen dem Pedalantrieb 110 und dem vorderen Kettenzahnrad 114 zu trennen. In Schritt 410 versetzt das Steuergerät den Elektromotor M in einen Rekuperationsmodus, in welchem er der Bewegung des vorderen Kettenzahnrads 114 entgegenwirkt, sodass mechanische Leistung vom Hinterrad 106 über das Kettengetriebe 108 in den Elektromotor fließt und von diesem in elektrische Leistung umgewandelt wird, welche das Steuergerät zur Aufladung dem Akkumulator 126 zuleitet. Hierdurch entsteht eine Bremswirkung, die das Steuergerät 120 in ihrer Stärke entsprechend dem Bremshebelwinkel des Bremshebels 122 einstellt.In step 406 interrupts the control unit 120 the power supply to the electric motor M and sends a command to the clutch 118 to the coupling between the pedal drive 110 and the front sprocket 114 to separate. In step 410 the controller sets the electric motor M in a recuperation mode, in which he the movement of the front sprocket 114 counteracts, allowing mechanical power from the rear wheel 106 over the chain transmission 108 flows into the electric motor and is converted by this into electrical power, which the control unit for charging the accumulator 126 feeds. This creates a braking effect, the control unit 120 in their strength according to the brake lever angle of the brake lever 122 established.

3 zeigt einen hierbei von dem Steuergerät 120 verwendeten funktionellen Zusammenhang zwischen dem Bremshebelwinkel 300 und der einzustellenden Bremsleistung durch Rekuperation 306. Die horizontale Achse des Diagramms in 3 weist den Bremshebelwinkel 300 in einem Bereich zwischen 0° und 50° aus, der rein beispielhaft dem gesamten Bereich aller möglichen Bremshebelstellungen entsprechend angenommen werden soll. Die vertikale Achse des Diagramms in 3 weist die Bremsleistung in Prozent der für das Elektrofahrrad maximal benötigten Bremsleistung von 100% aus. Wie in 3 zu sehen, steigt die rekuperative Bremsleistung 306 zunächst linear mit dem Bremshebelwinkel 300 an, um oberhalb eines Schwellwertes 301 von 10° in einen konstanten Wert von 20% überzugehen. 3 shows a case of the controller 120 used functional relationship between the brake lever angle 300 and the braking power to be set by recuperation 306 , The horizontal axis of the diagram in 3 indicates the brake lever angle 300 in a range between 0 ° and 50 °, which is to be assumed purely as an example to the entire range of all possible brake lever positions accordingly. The vertical axis of the diagram in 3 indicates the braking power as a percentage of the maximum required braking power of 100% for the electric bicycle. As in 3 to see, the recuperative braking performance increases 306 initially linear with the brake lever angle 300 to above a threshold 301 from 10 ° to a constant value of 20%.

In Schritt 412 vergleicht das Steuergerät 120 den Bremshebelwinkel 300 mit dem Schwellwert 301. Ist der Bremshebelwinkel 300 größer als der Schwellwert 301, aktiviert das Steuergerät 120 in Schritt 414 die mechanische Bremse 130 entsprechend der in 3 gezeigten mechanischen Bremsleistung 304. Anschließend springt das Verfahren zurück zu Schritt 412, unabhängig von der vorhergehenden Entscheidung in Schritt 412, wobei ständig die rekuperative Bremsleistung 306 und mechanische Bremsleistung 304 dem aktuellen Bremshebelwinkel 300 des Bremshebels 122 angepasst werden.In step 412 compares the controller 120 the brake lever angle 300 with the threshold 301 , Is the brake lever angle 300 greater than the threshold 301 , activates the control unit 120 in step 414 the mechanical brake 130 according to the in 3 shown mechanical braking power 304 , Subsequently, the process jumps back to step 412 , regardless of the previous decision in step 412 , where constantly the recuperative braking power 306 and mechanical braking power 304 the current brake lever angle 300 of the brake lever 122 be adjusted.

Wie in 3 zu sehen, liegt die mechanische Bremsleistung 304 unterhalb des Schwellwerts 301 bei 0% und steigt von dort linear mit dem Bremshebelwinkel 300 an, wobei die Steigung der mechanischen Bremsleistung 304 im Bereich oberhalb des Schwellwerts 301 gleich der Steigung der rekuperativen Bremsleistung 306 im Bereich unterhalb des Schwellwerts 301 ist. Dies bedeutet, dass bei einer Stellung des Bremshebels 122 im Bereich des Bremshebelwinkels zwischen 0° und 10° rein rekuperativ gebremst wird. Wie in 3 gezeigt steigt die rekuperative Bremsleistung 306 bis auf einen maximalen Wert 307 von 20%. Bei diesem maximalen Wert 307 wird die maximal mögliche rekuperierende Leistung in den Akkumulator 126 zurückgespeist. Wird beim Betätigen des Bremshebels 122 der Schwellwert 301 von 10° überschritten, so steigt die Bremsleistung 304 der mechanischen Bremse 128 von 0% bei einem Bremshebelwinkel 300 von 10° bis zu ihrem maximalen Wert 100% bei einem Bremshebelwinkel 300 von 50°. Die rekuperative Bremsleistung 306 und die mechanische Bremsleistung 304 addieren sich zu einer Gesamtbremsleistung 308, die über den gesamten Bereich der möglichen Bremshebelwinkel 300 proportional mit dem Bremshebelwinkel 300 ansteigt. Dadurch, dass die mechanische Bremse 128 bei vollständig gedrücktem Bremshebel 122 (entsprechend einem Bremshebelwinkel 300 von 50°) eine Bremsleistung von 100% erreicht, kann das Elektrofahrrad 100 auch bei Ausfall der Rekuperation die maximale Bremsleistung von 100% erreichen.As in 3 to see, is the mechanical braking power 304 below the threshold 301 at 0% and increases from there linearly with the brake lever angle 300 on, with the slope of the mechanical braking power 304 in the range above the threshold 301 equal to the slope of the recuperative braking power 306 in the range below the threshold 301 is. This means that at a position of the brake lever 122 Braking in the range of the brake lever angle between 0 ° and 10 ° purely recuperatively. As in 3 shown increases the recuperative braking power 306 to a maximum value 307 from 20%. At this maximum value 307 becomes the maximum possible recuperating power in the accumulator 126 fed back. Will when operating the brake lever 122 the threshold 301 exceeded by 10 °, so the braking power increases 304 the mechanical brake 128 from 0% at a brake lever angle 300 from 10 ° to its maximum value 100% at a brake lever angle 300 of 50 °. The recuperative braking performance 306 and the mechanical braking power 304 add up to a total braking power 308 covering the entire range of possible brake lever angles 300 proportional to the brake lever angle 300 increases. Because of the mechanical brake 128 when the brake lever is fully depressed 122 (corresponding to a brake lever angle 300 of 50 °) achieves a braking power of 100%, the electric bicycle can 100 even if the recuperation fails, the maximum braking power of 100% can be achieved.

Hierbei ist der Begriff von 100% Bremsleistung so zu verstehen, dass bei einer versuchten weiteren Erhöhung der Gesamtbremsleistung 308 die Gefahr besteht, dass das Hinterrad 106 beginnt zu blockieren, sodass die effektiv erzielte Bremsleistung sich wieder verringert. Das Steuergerät 120 des Elektrofahrrads 100 ist mit einer Antiblockiereinheit 121 ausgerüstet, die im Betrieb kontinuierlich mittels des Raddrehzahlmessers 128 die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des Hinterrads 106 misst und im Hinblick auf ein mögliches Blockieren überwacht. Wird ein Blockieren des Hinterrades 106 festgestellt, steuert das Steuergerät 120 den Elektromotor M derart an, dass dieser das Hinterrad 106 über das Kettengetriebe 108 entgegen der Wirkung der mechanischen Bremse 108 an, sodass das Hinterrad 106 sich wieder beginnt zu drehen. Diese Maßnahme verhindert, dass das Hinterrad 106 während der Fahrt etwa seitlich wegrutscht. Somit werden Stürze vom Elektrofahrrad 100 vermieden oder zumindest verringert. Weiterhin werden die Fahreigenschaften des Elektrofahrrads 100 verbessert.Here, the concept of 100% braking power is to be understood that in an attempted further increase in the total braking power 308 the danger exists that the rear wheel 106 begins to block, so that the effective braking performance is reduced again. The control unit 120 of the electric bicycle 100 is with an antilock unit 121 equipped, which in operation continuously by means of Raddrehmessmessers 128 the speed (rotational speed) of the rear wheel 106 measures and monitors for possible blocking. Will be blocking the rear wheel 106 detected controls the controller 120 the electric motor M in such a way that this the rear wheel 106 over the chain transmission 108 against the action of the mechanical brake 108 on, so the rear wheel 106 it starts to turn again. This measure prevents the rear wheel 106 while driving about sideways slips. Thus falls are from the electric bicycle 100 avoided or at least reduced. Furthermore, the driving characteristics of the electric bicycle 100 improved.

2 zeigt in schematischer Darstellung einen Freilauf 214, der bei einer weiteren, gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung an die Stelle der Kupplung 118 in 1 tritt, wobei eine Verbindung des Freilaufs 214 zur Steuereinrichtung entfallen kann. Der Freilauf 214 umfasst einen Klinkenträger 208, der um das Tretlager 124 drehbar gelagert und starr mit der Antriebswelle des Pedalantriebs 110 verbunden ist. Entlang einem inneren Umfang einer den Klinkenträger umgebenden Wandung des Freilaufs 214 ist ein mit dem Elektromotor M gekoppeltes Sperrrad 200 mit nach innen weisenden, sägezahnförmigen Zähnen ausgebildet. Am Klinkenträger 208 ist eine zugehörige Sperrklinke 202 derart verschwenkbar gelagert, dass diese wahlweise in und außer Eingriff mit dem Sperrrad 200 gebracht werden kann, wobei die Sperrklinke 202 mittels einer Druckfeder 204 in Richtung eines Eingriffs mit dem Sperrrad 200 vorgespannt ist. Treibt der Fahrer den Pedalantrieb 110 an, um vorwärts zu fahren, so hakt sich die Sperrklinke 202 in das Sperrrad 200 ein, treibt den Elektromotor M und über die Antriebskette 116 das Hinterrad 106 an. Für den Fall, dass der Fahrer nicht in die Pedale tritt und das Fahrrad rollt, bleibt der Klinkenträger 208 stehen, während sich das Sperrrad 200 aufgrund der Sägezahnform der Zähne des Sperrrads 200 und der Anordnung der Sperrklinke 202 relativ hierzu weiterdrehen kann. 2 shows a schematic representation of a freewheel 214 who is at another, opposite 1 modified embodiment of the invention in place of the coupling 118 in 1 occurs, wherein a compound of the freewheel 214 can be omitted to the controller. The freewheel 214 includes a latch carrier 208 who was around the bottom bracket 124 rotatably mounted and rigid with the drive shaft of the pedal drive 110 connected is. Along one Inner circumference of a wall of the freewheel surrounding the pawl carrier 214 is a coupled to the electric motor M ratchet wheel 200 formed with inwardly facing, sawtooth-shaped teeth. At the latch carrier 208 is an associated pawl 202 stored so pivotable that this optional in and out of engagement with the ratchet wheel 200 can be brought, with the pawl 202 by means of a compression spring 204 in the direction of engagement with the ratchet wheel 200 is biased. The driver drives the pedal drive 110 on to drive forward, so hooks the pawl 202 in the ratchet wheel 200 a, drives the electric motor M and the drive chain 116 the rear wheel 106 at. In the event that the driver does not pedal and the bicycle rolls, the latch carrier remains 208 stand while the ratchet wheel 200 due to the sawtooth shape of the teeth of the ratchet wheel 200 and the arrangement of the pawl 202 can continue to rotate relative to this.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 08/138320 [0002]
DE 102010028645 A1 [0003]

Claims

Electric bicycle ( 100 ), comprising: an electric motor (M) which is connected between the front wheel ( 104 ) and the rear wheel ( 106 ) is arranged; a drive power transmission device ( 108 ) for transmitting a driving force of the electric motor (M) to the rear wheel ( 106 ); a body force input device ( 110 ) for entering the physical strength ( 112 ) a driver of the electric bicycle ( 100 ) in the drive force transmission device ( 108 ); and a separable coupling device ( 118 . 214 ), which the Körperkrafteintrageinrichtung ( 110 ) separable to the driving force transmission device ( 108 ) couples.

Electric bicycle ( 100 ) according to claim 1, wherein the drive force transmission device ( 108 ) a chain ( 116 ) or a propeller shaft.

Electric bicycle ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the body force input device ( 110 ) is designed as a pedal drive.

Electric bicycle ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the coupling device ( 118 . 214 ) a freewheel ( 214 ) having.

Electric bicycle ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the coupling device ( 118 . 214 ) a coupling ( 118 ), in particular a centrifugal clutch.

Electric bicycle ( 100 ) according to claim 5, comprising: a detection unit ( 119 ) for detecting a deceleration request of the driver; and a controller ( 120 ) for driving the clutch ( 118 ) depending on the delay request.

Method for driving an electric bicycle ( 100 ) with the following steps: Arrange ( 400 ) of an electric motor (M) between front wheel ( 104 ) and rear wheel ( 106 ) of the electric bicycle; Transfer ( 402 ) of a driving force of the electric motor (M) by means of a driving force transmission device ( 108 ) on the rear wheel ( 106 ); Enter ( 401 ) of physical strength ( 112 ) a driver of the electric bicycle ( 100 ) by means of a body force input device ( 110 ) in the drive force transmission device ( 108 ); and separating ( 406 ) a coupling device ( 118 . 214 ), which the Körperkrafteintrageinrichtung ( 110 ) separable to the driving force transmission device ( 108 ) couples.

The method of claim 7, further comprising a recuperation step ( 410 ) electrical energy by means of the electric motor (M).

Method according to claim 7 or 8, wherein said detecting ( 408 ) the delay request is carried out by determining the position of a brake lever ( 122 ).

Method according to one of claims 7 to 9, further comprising a step of detecting ( 408 ) of a deceleration request of the driver, wherein the separating ( 406 ) of the coupling device ( 118 . 214 ) only occurs when the delay request is detected.