DE102012004176A1

DE102012004176A1 - Integrierte Diebstahlsicherung für ein Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE102012004176A1
Application number: DE102012004176A
Authority: DE
Inventors: Pierre-Olivier GARCIA
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-05
Also published as: US8930054B2; US20130231810A1; CN103303400B; CN103303400A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung sowie eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad sowie ein dementsprechend ausgestaltetes Elektrofahrrad, wobei die Antriebsfreiheit (20) einen Elektromotor (80) und einen Energiespeicher (50) aufweist und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, über ein Endgerät (100) empfangene Signale auszuwerten, um zumindest eine Funktion der Antriebseinheit (20) in Abhängigkeit zumindest eines empfangenen Signals freizugeben oder zu sperren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Diebstahlsicherung für ein Zweirad, insbesondere für ein Elektrofahrrad.
Hintergrund
Elektroräder oder Elektrofahrräder weisen typischerweise einen als Hilfsantrieb ausgebildeten Elektromotor auf, welcher wahlweise im Vorderrad oder im Hinterrad als Nabenmotor oder aber auch im Tretlager eines solchen Fahrrads in Form eines sogenannten Mittelmotors angebracht sein kann. Der Elektromotor stellt hierbei eine Fahrunterstützung bereit, welche durch eine vom Endanwender initiierte Pedalbetätigung angefordert werden kann. Die Energieversorgung des Elektromotors erfolgt hierbei typischerweise über einen lösbar am Fahrrad angeordneten Akkumulator. Neben limitierter als auch unlimitierter Tretunterstützung können Elektrofahrräder auch einen tretunabhängigen Zusatzantrieb aufweisen. Das Mitführen der Akkumulatoren erfolgt oftmals auf oder an einem Gepäckträger des Fahrrads.
Die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten von Elektrofahrrädern stellen insbesondere im Hinblick auf eine Diebstahlhäufigkeit solcher Fahrräder durchaus ein Problem dar. Zudem sind die am Fahrrad mitzuführenden Energiespeicher in Form von Akkumulatoren vergleichsweise teuer. Da diese oftmals lösbar und auswechselbar am Fahrrad anordenbar sind, kommt für deren Diebstahlschutz eine unlösbare Verbindung mit dem Fahrrad generell nicht in Betracht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Diebstahlkonzept, insbesondere für Elektrofahrräder vorzusehen, welches ein unautorisiertes Abnehmen eines Energiespeichers sowie eine unbefugte Benutzung des Elektrofahrrads wirksam und mit möglichst einfach und kostengünstig zu implementierende Mitteln verhindert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen
Diese Aufgabe wird mit einer Steuereinrichtung für eine Antriebseinheit eines Zweirads, insbesondere eines Elektrofahrrads gemäß Patentanspruch 1, mit einer für ein Elektrofahrrad vorgesehenen Antriebseinheit nach Patentanspruch 7, mit einem Elektrofahrrad gemäß Patentanspruch 8, einem Verfahren zum Betrieb des Elektrofahrrads nach Patentanspruch 9 sowie mit einem Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind hierbei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
Die demgemäß vorgesehene Steuereinrichtung ist für eine, einen Elektromotor und einen Energiespeicher aufweisende Antriebseinheit eines Elektrofahrrads ausgebildet. Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet und dazu vorgesehen, über ein Endgerät empfangene Signale auszuwerten, um zumindest eine Funktion der Antriebseinheit in Abhängigkeit zumindest eines empfangenen Signals entweder freizugeben oder zu sperren oder zu blockieren. Das Endgerät ist hierbei nicht als Teil oder Komponente der Steuereinrichtung ausgebildet, sondern soll vollkommen autark von der Steuereinrichtung, insbesondere als mobiles und vom Anwender mitführbares Endgerät ausgebildet sein.
Die Steuereinrichtung ist derart konfiguriert, dass sie mit dem Endgerät bevorzugt bidirektional kommunizieren kann. Das heißt, das Endgerät kann zum Einen als Eingabeberät fungieren, um Befehle an die Steuereinrichtung zu senden. Zum Anderen kann die Steuereinrichtung aber auch Signale an das Endgerät senden, um insbesondere den Anwender über den Betriebszustand der Antriebseinheit oder des Elektrofahrrads zu informieren.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt integraler Bestandteil der Antriebseinheit und kann als Steuerung insbesondere des an der Antriebseinheit vorgesehene Elektromotors und/oder des bevorzugt unmittelbar an der Antriebseinheit anzuordnenden Energiespeichers fungieren.
Freizugebende und/oder zu sperrende Funktionen der Antriebseinheit sind zum Beispiel das Lösen und Auswechseln eines etwa als Akkumulator ausgebildeten Energiespeichers sowie der Betrieb des Elektromotors selbst. Ferner ist denkbar, dass der Motor sogar eine rein pedal- und mit Muskelkraft betätigte Verwendung des Elektrofahrrads unterbindet. So kann insbesondere vorgesehen werden, den Elektromotor auch als Bremse zu verwenden, so dass bei gesperrter oder blockierter Funktion ein rein mechanischer Betrieb des Elektrofahrrads unterbunden oder zumindest deutlich erschwert ist.
Auf diese Art und Weise kann sowohl der Energiespeicher als auch das Elektrofahrrad insgesamt wirksam und besonders effizient gegen Diebstahl und unbefugte Benutzung gesichert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung steht die Steuereinrichtung mit einem bevorzugt elektromechanischen Aktuator eines Verriegelungsmechanismus in Wirkverbindung, wobei der Verriegelungsmechanismus für den lösbar an der Antriebseinheit befestigbaren Energiespeicher ausgebildet ist. Der Aktuator ist hierbei bevorzugt auf Seiten der Antriebseinheit, insbesondere mit einer antriebsseitigen Verriegelungsmechanik gekoppelt, so dass ein mechanisches Entriegeln des Energiespeichers allein über den Aktuator und letztlich über die den Aktuator betätigende Steuereinrichtung erfolgen kann. Sofern die Steuereinrichtung den Aktuator und hiermit den Energiespeicher nicht zum Auswechseln freigibt, kann der betreffende Energiespeicher nicht in einer vorgesehenen Art und Weise von der Antriebseinheit, etwa zu Zwecken eines Austauschs entkoppelt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, den Verriegelungsmechanismus erst dann in eine Freigabekonfiguration zu überführen, wenn über das Endgerät ein vorgegebenes Entriegelungssignal empfangen wird. Die Kommunikation zwischen Steuereinrichtung und Endgerät kann hierbei bereits eine ausreichende und inhärente Sicherungsfunktion bereitstellen. Ohne Verbindung oder Kommunikation zwischen Endgerät und Steuereinrichtung kann die Entriegelungsfunktion standardmäßig blockiert bzw. gesperrt sein.
Je nach Kommunikationsprotokoll und wechselseitigem Austausch von Identifizierungsdaten kann bei einer vorgesehenen Kopplung des Endgeräts mit der Steuereinrichtung jene die genannte Entriegelungsfunktion standardmäßig freigegeben werden. Das heißt der Aufbau einer Verbindung oder eines Kommunikationskanals zwischen dem bevorzugt mobilen Endgerät und der Steuereinrichtung kann den Verriegelungsmechanismus standardmäßig freigeben, so dass der Endanwender nicht unbedingt einen expliziten Steuerbefehl am Endgerät anwählen muss, um den Energiespeicher abkoppeln zu können.
Es kann natürlich aber auch vorgesehen werden, dass das Endgerät derart konfiguriert ist, dass es eine Entriegelungs- oder Verriegelungsfunktion für den Verriegelungsmechanismus bereitstellt, die vom Endanwender im Bedarfsfall explizit über das Endgerät zu aktivieren bzw. zu deaktivieren ist. Ferner kann die Anwahl einer Entriegelungs- oder Verriegelungsfunktion seitens des Endgeräts über einen Freischaltcode gesichert werden. Eine entsprechende Berechtigungsanfrage kann hierbei entweder direkt im Endgerät oder aber auch auf Seiten der Steuereinrichtung implementiert sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, eine Aktivierung des Elektromotors solange zu sperren, bis über das Endgerät ein vorgegebener Freischaltcode empfangen wird. Auf diese Art und Weise kann das Elektrofahrrad besonders einfach gegen Diebstahl gesichert werden. Zum Betrieb des Elektrofahrrads ist hierbei auf jeden Fall die Kopplung des bevorzugt mobilen Endgeräts mit der Steuereinrichtung erforderlich.
Das Endgerät kann entweder als gesondertes, neben der Steuereinrichtung vorzusehendes und speziell für das betreffende Elektrofahrrad konfiguriertes Endgerät ausgebildet sein. Von Vorteil ist das Endgerät als multifunktionales Endgerät, beispielsweise als SmartPhone ausgebildet, welches zumindest ein auf die Steuereinrichtung abgestimmtes Programm oder eine entsprechende Applikation aufweist, welche bei einer datenübertragenden Kopplung mit der Steuereinrichtung bevorzugt selbsttätig aktivierbar ist bzw. aktiviert wird.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist das Endgerät insoweit nicht nur zur Steuerung, das heißt zur selektiven Freigabe oder zum Sperren einzelner Funktionen der Antriebseinheit ausgebildet, sondern kann insbesondere auch als Eingabe- Ausgabegerät fungieren, welches visuell, akustisch oder haptisch wahrnehmbare Informations- oder Warnsignale dem Endanwender zur Verfügung stellen kann.
Insoweit ist nach einer Weiterbildung ferner vorgesehen, dass auch die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den aktuellen Betriebsstatus des Motors und/oder des Energiespeichers abzufragen und diesen an das Endgerät zu Darstellungszwecken für den Endanwender zu übermitteln. Insbesondere können hierbei zum Beispiel der Ladezustand des Energiespeichers sowie die aktuelle oder durchschnittliche Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe des Elektromotors visuell oder akustisch angezeigt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zur kabelgebundenen und/oder kabellosen Kommunikation mit dem Endgerät ausgebildet. Insbesondere bei einer kabelgebundenen Kommunikation kann eine auf das jeweilige Endgerät abgestimmte Halterung am Elektrofahrrad vorgesehen werden, welche zugleich einen Datenaustausch zwischen Steuereinrichtung und montiertem Endgerät bereitstellt. Hierbei ist grundsätzlich denkbar, dass auch das mit einem eigenen Akku versehene Endgerät über die Steuereinrichtung aufgeladen und entsprechend mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
Kabelungebundene bzw. kabellose Kommunikationsprotokolle können zum Beispiel in Form des BlueTooth oder des IEEE 802.11-Standards oder dergleichen Datenübertragungsprotokolle implementiert werden. Hierbei ist eine Montage des Endgeräts am Fahrrad nicht zwingend erforderlich, sondern das mobile Endgerät, bevorzugt in Form eines SmartPhones kann somit als Keyless-Access vom Endanwender mitgeführt werden. Das Endgerät kann hierbei als kabelloses Schlüssel- und Identifikationsgerät dienen, welches vorgesehene Funktionen der Antriebseinheit in vorgegebener Weise freigibt oder sperrt, sobald sich das Endgerät innerhalb einer vorgegebenen Entfernung von der Steuereinrichtung befindet.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist schließlich eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad mit zumindest einem Elektromotor und einem Energiespeicher sowie mit einer Steuereinrichtung, wie zuvor beschrieben, vorgesehen. Die Antriebseinheit ist hierbei bevorzugt ferner als Rahmenkomponente des Elektrofahrrads ausgebildet. So kann die Antriebseinheit zum Beispiel als eine Art Sattelrohr oder als eine Art Unterrohr eines Elektrofahrrad fungieren. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Elektromotor mit dem Tretlager des Elektrofahrrads in kraftübertragener Wirkverbindung steht. So ist grundsätzlich auch denkbar, die Antriebseinheit, bzw. ihr Grundteil in Form einer oder mehrerer Hinterradstreben oder Kettenstreben etwa eines Fahrradrahmens auszubilden.
Die Antriebseinheit kann hierbei ein in sich abgeschlossenes Modul mit einem Grundteil aufweisen, welches zugleich als tragende Komponente des Zweiradrahmens fungiert. Im Grundteil der Antriebseinheit ist zumindest ein Elektromotor angeordnet, welcher typischerweise als Hilfsmotor zur Bereitstellung einer Tretunterstützung, etwa nach dem Pedelec-Prinzip arbeitet. Am Grundteil selbst ist ferner zumindest ein Energiespeicher, bevorzugt in Form eines oder mehrerer Akkumulatoren anordenbar. Indem das Grundteil als tragende Komponente des Zweiradrahmens ausgebildet ist, bildet es eine Montageplattform für weitere Rahmenkomponenten des Zweirads, an welcher weitere tragende Komponenten des Zweiradrahmens befestigbar sind.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist schließlich ein Elektrofahrrad vorgesehen, welches eine zuvor eine beschriebene Antriebseinheit mit der ebenfalls zuvor beschriebenen Steuereinrichtung aufweist.
In Abwandlung hiervon kann die Steuereinrichtung jedoch auch separat von der Antriebseinheit am Elektrofahrrad vorgesehen werden. Eine bevorzugte kabelgebundene Verbindung der Steuereinrichtung mit der Antriebseinheit bzw. mit deren Elektromotor und/oder mit einem Verriegelungsmechanismus für den Energiespeicher wäre dann jedoch zumindest bei einer Erstmontage manuell herzustellen.
In einer weiteren hiervon unabhängigen Ausgestaltung ist ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrrads vorgesehen, welches einen Elektromotor, einen Energiespeicher und eine zuvor beschriebene Steuereinrichtung aufweist. Das Verfahren zum Betrieb des Zweirads weist hierbei die nachfolgend angegebenen Schritte auf:

– Verbinden eines bevorzugt mobilen Endgeräts mit der Steuereinrichtung,
– Übermitteln eines einem Funktionsbefehls entsprechenden Signals vom Endgerät an die Steuereinrichtung,
– Freigeben oder Sperren zumindest einer Funktion der Antriebseinheit in Abhängigkeit des an der Steuereinrichtung eingehenden Signals.

Die Signalverarbeitung kann hierbei in der Steuereinrichtung oder aber auch im Endgerät stattfinden. Bei einer Signalverarbeitung und Signalauswertung im Endgerät ist jedoch eine Authentifizierung oder Identifikation eines oder mehrerer Endgeräte mit der Steuereinrichtung vorzusehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, einen Funktionsbefehl, etwa das Lösen eines Energiespeichers konkret in das Endgerät einzugeben. Es ist aber auch denkbar, dass unmittelbar mit dem Herstellen der Verbindung zwischen Steuereinrichtung und Endgerät, automatisch ein vorgegebenes Signal erzeugt und an die Steuereinheit gesendet oder dort vor Ort generiert wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird auf dem Endgerät zumindest eine Entriegelungsfunktion zum Lösen des Energiespeichers von der Antriebseinheit bereitgestellt. Die Entriegelungsfunktion ist derart ausgestaltet, dass infolge einer Aktivierung der Entriegelungsfunktion der Energiespeicher von der Antriebseinheit abnehmbar bzw. auswechselbar ist.
Schließlich ist in vorteilhafter Weiterbildung vorgesehen, dass das Endgerät zur Abfrage einer Nutzeridentifikation ausgebildet ist und das Endgerät und/oder die Steuereinrichtung nur bei Eingabe einer vorgegebenen Nutzeridentifikation oder eines entsprechenden Freischaltcodes einen Betrieb des Elektromotors freigibt oder alternativ dessen Bremsfunktion in Bezug auf einen manuellen, rein muskelbetriebenen Antrieb des Elektrofahrrads aufhebt.
Auch kann vorgesehen werden, dass das die Steuereinrichtung bei unbefugter Benutzung des Elektrofahrrads ein Warnsignal an das Endgerät sendet. Diese Funktion ist insbesondere bei einer kabellosen Kommunikation zwischen Endgerät und Steuereinrichtung von Vorteil. Ist das Fahrrad gerade Gegenstand eines Diebstahls, kann dies bei nicht autorisierter Nutzung von der Steuereinheit detektiert werden. Mittels der Steuereinheit kann sodann eine Diebstahlwarnung an das bevorzugt als SmartPhone ausgebildete Endgerät übermittelt werden.
Schließlich ist nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ein Computerprogrammprodukt zum Betrieb eines Elektrofahrrads vorgesehen, wobei das Elektrofahrrad einen Elektromotor, einen Energiespeicher und eine Steuereinrichtung aufweist und wobei die Steuereinrichtung mit einem bevorzugt mobil ausgestalteten Endgerät koppelbar ist. Das Computerprogrammprodukt kann hierbei in der Steuereinrichtung und/oder im bevorzugt mobilen Endgerät implementiert sein. Es weist Programmmittel zum Verbinden des des Endgeräts mit der Steuereinrichtung, bevorzugt auch Programmmittel zur Eingabe zumindest eines Funktionsbefehls in das Endgerät auf. Des Weiteren sind Programmmittel zum Übermitteln eines einem Funktionsbefehl entsprechenden Signals vom Endgerät an die Steuereinrichtung sowie Programmmittel zum Freigeben oder Sperren zumindest einer Funktion der Antriebseinheit in Abhängigkeit des Signals vorgesehen.
Schließlich ist nach einem weiteren unabhängigen Aspekt eine Vorrichtung zum Betrieb eines Zweielektrofahrrads vorgesehen, wobei die Vorrichtung:

– Mittel zum Verbinden eines bevorzugt mobilen Endgeräts mit der Steuereinrichtung,
– Mittel zum Übermitteln eines einem Funktionsbefehl entsprechenden Signals vom Endgerät an die Steuereinrichtung,
– Mittel zum Freigeben oder Sperren zumindest einer Funktion der Antriebseinheit in Abhängigkeit des an der Steuereinrichtung eingehenden Signals aufweist.

Es ist generell anzumerken, dass sämtliche vorliegend beschriebenen Merkmale, Vorteile und Ausführungsbeispiele gleichermaßen für die Steuereinrichtung, die Antriebseinheit, das Elektrofahrrad sowie für das Verfahren und das Computerprogrammprodukt zum Betrieb des Elektrofahrrads Gültigkeit haben. Insbesondere gelten solche im Zusammenhang mit der Steuereinrichtung und/oder der Antriebseinheit beschriebene Merkmale und Vorteile gleichermaßen für das Verfahren und das Computerprogrammprodukt, und umgekehrt.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine Seitenansicht eines mit einer Antriebseinheit versehenen Elektrofahrrads,
2 eine perspektivische Darstellung des Fahrrads gemäß 1 von schräg hinten unten betrachtet und
3 eine weitere perspektivische Darstellung des Elektrofahrrads von schräg vorn betrachtet sowie
4 eine vergrößerte Darstellung eines Unterrohrabschnitts im Bereich der Aufnahme für den Energiespeicher,
5a eine isolierte Seitenansicht einer Antriebseinheit,
5b die Antriebseinheit gemäß 5a mit demontiertem Energiespeicher,
6a eine perspektivische Darstellung der Antriebseinheit mit montiertem Energiespeicher und
6b die Antriebseinheit mit demontiertem Energiespeicher in perspektivischer Darstellung,
7 eine mögliche graphische Oberfläche eines mobilen Endgeräts zur Ansteuerung der Steuereinrichtung,
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Elektrofahrrads und
9 ein weiteres Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Betrieb des Elektrofahrrads
Detaillierte Beschreibung
Das in den 1 bis 3 gezeigte, als Elektrofahrrad ausgebildete Zweirad weist neben einem Rahmen 16 ein Vorderrad 12 und ein Hinterrad 14 auf. Der Rahmen 16 ist hierbei zumindest zwei-komponentig ausgeführt. Er weist eine als Rahmenkomponente ausgebildete Antriebseinheit 20 sowie einen hiermit verbundenen bügelartig ausgebildeten Oberrahmen 18 auf. Zudem ist an der in 4 separat gezeigten Antriebseinheit 20 eine Hinterradschwinge 30 schwenkbar gelagert, welche mit ihrem der Antriebseinheit 20 abgewandten Endabschnitt die Hinterradnabe aufnimmt.
Ferner ist am Oberrahmen 18 eine Sattelstütze 46 mit einem Sattel 48 angeordnet. Das Vorderrad 12 ist in einer Gabel 60 gelagert, die im Bereich eines Steuerkopfabschnitts 66 mit dem Rahmen 16 verbunden ist. Die Laufräder 12, 14 sind ferner mit Bremsen 36, 38 versehen, welche bevorzugt als hydraulisch betätigbare Scheibenbremsen ausgebildet sind.
Das Zweirad 10 kann ferner eine Schaltung 34 aufweisen, welche zum Beispiel als Naben- oder Kettenschaltung ausgebildet sein kann. Die Kraftübertragung zwischen dem Tretlager 24, den dort gelagerten Tretkurbeln 26 und dem Hinterrad 14 kann mittels einer Kette oder mittels eines Riemens 32 erfolgen.
Der Rahmen 16 bzw. ein oberes oder Hauptrahmendreieck wird hierbei von der Antriebseinheit 20 und dem hiermit verbundenen Oberrahmen 18 gebildet. Die Antriebseinheit 20 weist hierbei ein Grundteil 21 auf, welches als Aufnahme für eine in den 1 bis 3 lediglich angedeuteten Elektromotor 80 als auch für einen Energiespeicher 50, welcher bevorzugt in Form eines oder mehrerer Akkumulatoren ausgebildet ist, fungiert. Das Grundteil 21 weist hierbei einen ein Tretlager 25 aufnehmenden Tretlagerabschnitt 24 sowie einen hiermit bevorzugt einstückig verbundenen Unterrohrabschnitt 22 auf, welcher sich vom Tretlagerabschnitt 24 längs sowie schräg nach oben, in den Bereich des Steuerkopfabschnitts 66 erstreckt.
Der Unterrohrabschnitt 22 ist an seiner dem Oberrahmen 18 zugewandten Seite weitgehend geradlinig ausgebildet. An seiner dem Vorderrad 12 zugewandten Unterseite weist er jedoch eine in 3 zu erkennende schachtartige Ausnehmung 72 auf, welche der lösbaren Aufnahme des Energiespeichers 50 dient. Die Ausnehmung 72 ist hierbei weitreichend geschwungen ausgebildet, um dem Unterrohrabschnitt 22 ein möglichst ästhetisches Aussehen und eine hohe Verwindungssteifigkeit zu verleihen.
Die Integration und Befestigung des Energiespeichers in der Ausnehmung 72 kann den vergleichsweise schweren, etwa in Form eines Akkumulators ausgebildeten Energiespeicher bezogen auf die Rahmengeometrie in eine schwerpunktsnahe Position verlagern, sodass der Schwerpunkt des gesamten Rahmens möglichst tief liegt.
Wie in 3 ferner dargestellt, ist im Bereich einer dem Tretlagerabschnitt 24 zugewandten Stirnfläche der Ausnehmung 72 eine Steckverbindung 70 für ein Ladekabel vorgesehen, mittels welcher der Energiespeicher 50 durch Anschluss eines Ladekabels auch in einer im oder am Unterrohrabschnitt 22 montierten Position aufgeladen werden kann. Die Steckverbindung 70 kann hierbei als Magnetstecker ausgebildet sein.
Wie in 1 dargestellt, kann der Energiespeicher 50 eine mit dem Unterrohrabschnitt 22 korrespondierende Formgebung aufweisen, sodass sich zum Beispiel ein dem Vorderrad 12 zugewandter Gehäuseabschnitt des Energiespeichers 50 im Wesentlichen parallel zur oberen, dem Oberrahmen zugewandten Begrenzung des Unterrohrabschnitts 22 erstreckt. Nach unten angrenzend an den Unterrohrabschnitt 22 ist am Grundteil 21 der Tretlagerabschnitt 24 vorgesehen, welcher sowohl ein mit Tretkurbeln 26 und Pedalen 28 gekoppeltes Tretlager 25 als auch einen Elektromotor 80 aufnimmt. Der Elektromotor 80 und der Energiespeicher 50 sind gemeinsam am Grundteil 21 befestigt, wobei insbesondere der Energiespeicher lösbar am Grundteil 21 angeordnet ist. Das Grundteil 21 ist hierbei ferner als tragende Komponente des Rahmens 16 ausgebildet.
Das Grundteil 21 bzw. die Antriebseinheit 20 bilden sozusagen eine Montageplattform oder Montagebasis für den Rahmen 16, mithin für das gesamte Zweirad 10. Weitere Rahmenkomponenten, wie zum Beispiel der Oberrahmen 18 und die Hinterradschwinge 30 sind hierbei lediglich als Anbauteile zu betrachten, die je nach vorgesehener Größe und vorgesehenem Einsatzzweck des Zweirads 10 individuell an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden können. Auf diese Art und Weise kann eine gattungsgemäße Antriebseinheit 20 für eine Vielzahl unterschiedlicher Zweiräder 10 Verwendung finden.
Das bevorzugt als Elektrofahrrad ausgebildete Zweirad kann zum Beispiel als Mountainbike als All-Terrain-Bike, als City-Fahrrad sowie als Cruiser oder als Rennrad konfiguriert sein. Für sämtliche dieser diversen Fahrradtypen kann stets ein und dieselbe Antriebseinheit 20 verwendet werden, so dass die Antriebseinheit 20 in großer Stückzahl und in Massenfertigung kostengünstig hergestellt werden kann.
Das Grundteil 21 kann hierbei insbesondere als Metallgussteil oder als ein aus einem Metallblock gefrästes Gehäuse für den Elektromotor 80 als auch für den lösbar hieran anzuordnenden Energiespeicher 50 ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Grundteil 21 aus mehreren, gestanzten und entsprechend umgeformten, miteinander verbundenen Metallblechen gebildet ist.
Die Hinterradschwinge 30, welche zwei parallele Schenkel aufweist, zwischen welchen das Hinterrad 14 gelagert ist, kann bevorzugt schwenkbar am Tretlagerabschnitt 24 des Grundteils 21 gelagert sein, wobei eine Drehachse von Hinterradschwinge 30 und Grundteil 21 mit dem Tretlager 25 zusammenfällt. In der Ausgestaltung gemäß der 1 bis 3 ist die Hinterradschwinge 30 ferner über ein Dämpfungselement 40 mit dem Unterrohrabschnitt 22 des Grundteils 21 gekoppelt. Das Dämpfungselement 40 ist hierbei bevorzugt als hydraulische oder als Gasdruckfeder ausgebildet und erstreckt sich zwischen einem hinterradschwingenseitigen Befestigungsabschnitt 44 und einen an einem unteren Ende des Unterrohrabschnitts 22 vorgesehenen Befestigungsabschnitt 42.
Der Oberrahmen 18 weist eine etwa C-artige oder gebogene Kontur auf. Ein nach unten ragender unterer Abschnitt 19 ist hierbei in einem Übergangsbereich zwischen Tretlagerabschnitt 24 und Unterrohrabschnitt 22 des Grundteils 21 befestigt, während das freie Ende eines oberen Abschnitts 17 mit einem freien und oberen Endabschnitt 23 des Unterrohrabschnitts 22 des Grundteils 21 verbunden ist. Die Verbindung von oberem Abschnitt 17 und dem nach oben ragenden Endabschnitt 23 des Unterrohrs 22 bildet hierbei einen Steuerkopfabschnitt 66 des Rahmens 16, welcher ferner den Lenkkopf 64, einen Steuersatz 65 und die Gabel 60 aufnimmt.
Der untere Abschnitt 19 des Oberrahmens 18 ist hierbei etwa im Übergangsbereich zwischen dem Tretlagerabschnitt 24 und dem Unterrohrabschnitt 22 am Grundteil 21 befestigt. Wie anhand der 2 und 3 ersichtlich, weist der Oberrahmen 18 im Überlappungsbereich mit dem Grundteil 21 eine gabelartige Struktur mit zwei seitlichen Schenkeln 54, 56 auf, welche das Grundteil 21 bzw. einen dort vorgesehenen Befestigungsabschnitt 58 zumindest bereichsweise seitlich umschließen. Das Dämpfungselement 40 kommt hierbei ebenfalls zwischen den seitlich nach außen ragenden Schenkeln 54, 56 eines entsprechenden Gabelabschnitts 52 des Oberrahmens 18 zu liegen.
Die Sattelstütze 46 erstreckt sich in etwa in geradliniger Verlängerung der Schenkel 54, 56 und ist insoweit in einem Übergangsbereich oder Krümmungsabschnitt 15 zwischen unterem Abschnitt 19 und oberem Abschnitt 17 des Oberrahmens 18 angebunden.
Am oberem Abschnitt 17, dem Lenker 62 zugewandt, kann zum Beispiel ein mobiles Endgerät 100 lösbar befestigt sein.
Wie in 1 und 3 gezeigt, kann der Steuerkopfabschnitt 66 des oberen Abschnitts 17 zumindest geringfügig nach vorn, von der Gabel 60 vorstehen. Die beiden Halbschalen 18a, 18b des Oberrahmens 18 können hierbei eine Aufnahme etwa für ein Beleuchtungsmodul 68 bilden. Der Lenkkopf 64 ist ferner in einer an und für sich bekannten Art und Weise mit einem Lenker 62 verbunden.
Der bevorzugt als Akkumulator auswechselbar am bzw. im Unterrohrabschnitt 22 vorgesehene Energiespeicher 50 kann eine seitliche Riffelung 51 aufweisen, die als Handhabe zum Ergreifen des Energiespeichers 50 dient und dessen Abnehmen und Wiedereinsetzen in die schachtartige Ausnehmung 72 des Unterrohrabschnitts 22 erleichtern soll.
Die ausschnittsweise vergrößerte Darstellung der Antriebseinheit 20 gemäß 5a zeigt die lösbare Anordnung des als Akkumulator ausgebildeten Energiespeichers 50 in der nach unten hin offenen schachtartigen Aufnahme oder Ausnehmung 72 des Unterrohrabschnitts 22. Zudem ist an einer unteren Stirnfläche der Ausnehmung 72 eine bevorzugt als Magnetstecker ausgebildete elektrische Verbindung dargestellt. Ferner ist in den 3 und 4 die Steuereinrichtung 110 angedeutet, welche bevorzugt im Inneren der Antriebseinheit 20 an einer hierfür geeigneten, nahezu beliebig wählbaren Stelle angeordnet ist.
In 5b ist die Anbindung und Integration der Steuereinrichtung 110 in die dort isoliert dargestellte Antriebseinheit 20 sowie deren Verbindung mit weiteren Komponenten des Elektrofahrrads 10 nach Art eines Blockschaltbild dargestellt, So ist insbesondere ein elektromechanisch betätigbarer Aktuator 120 vorgesehen, welcher mit einem am oberen Ende der Ausnehmung 72 angeordneten Befestigungselement 114 zusammenwirkt.
Das auf Seiten der Antriebseinheit 20 vorgesehene Befestigungselement 114 ist hierbei dazu ausgebildet, lösbar mit einem hiermit korrespondierenden und in Montageposition gegenüberliegenden Befestigungselement 112 des Energiespeichers 50 zusammenzuwirken. Des Weiteren kann an einem unteren Ende der Ausnehmung 72, etwa in Nähe der Steckverbindung 70 ein weiteres Befestigungselement 118 vorgesehen werden, welches mit einem hiermit korrespondierenden, am Energiespeicher 50 vorgesehenen Befestigungselement 116 zusammenwirken kann.
Die Steuereinrichtung 110 kann ferner mit einem Beleuchtungsmodul 68 gekoppelt sein, welches bevorzugt im oder am Steuerkopfabschnitt 66 des Oberrahmens 18 angeordnet ist. So kann dem Beleuchtungsmodul 68 über die Steuereinrichtung 110 aus dem Energiespeicher 50 entnehmbare elektrische Energie zugeführt werden.
Vor allem aber ist die Steuereinrichtung 110 mit einem in 7 zum Beispiel als SmartPhone dargestellten bevorzugt mobil ausgestalteten Endgerät 100 verbunden bzw. mit einem solchen verbindbar. Das mobile Endgerät 100 kann kabelgebunden aber auch kabellos mit der Steuereinrichtung 110 in Datenaustausch treten, um entweder Daten bezüglich des Betriebszustands der Elektromotors 80 oder Informationen etwa zum Ladezustand oder zur Reichweite des Energiespeichers 50 über das Endgerät 100 einem Benutzer zur Verfügung zu stellen.
Schließlich ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 110 auch mit dem Elektromotor 80 gekoppelt ist. Die Kopplung der Steuereinrichtung 110 mit dem Elektromotor 80 als auch mit dem zum Verriegelungsmechanismus gehörenden Aktuator 120 dient vorzugsweise dazu, einen Verriegelungs- oder Entriegelungsmechanismus 112, 114 sowie die Betätigung des Elektromotors 80 wahlweise zu sperren, zu blockieren oder freizugeben. Allein der Aufbau und die wechselseitige Identifikation zwischen Steuereinrichtung 110 und Endgerät 100 kann bereits ausreichen, um sämtliche Funktionen, etwa zur Entnahme oder zum Einsetzen eines Energiespeichers 50 als auch zur Aktivierung des Elektromotors 80 freizuschalten.
Es können aber auch weitere Sicherheitsabfragen individuell vorgesehen werden, so dass etwa zum Auswechseln des Energiespeichers 50 der Endanwender zum Beispiel eine entsprechende Funktion am Endgerät 100 auswählen oder einen hierfür erforderlichen Freischaltcode eingeben muss.
In den 6a und 6b ist nochmals in perspektivischer Darstellung die Entnahme eines bevorzugt als Akkumulators ausgebildeten Energiespeichers 50 gezeigt. Der mit einer als Handhabe dienenden seitlichen Riffelung 51 oder entsprechend ausgebildeten Vorsprüngen oder Vertiefungen ausgebildete Energiespeicher 50 ist aufgrund der geschwungen ausgebildeten Ausnehmung 72 jederzeit vom Endanwender ergreifbar. Mit einem unteren Endabschnitt und mit einem dort vorgesehenen Befestigungselement 116 kann der Akkumulator zum Beispiel schwenkbar an einem an der Antriebseinheit 20 vorgesehenen und hiermit korrespondierenden Befestigungselement 118 bzw. Gegenbefestigungselement schwenkbar verbunden werden.
Ein Verriegelungsmechanismus wird hierbei bevorzugt von dem am oberen Ende der Ausnehmung 72 bzw. am oberen Endabschnitt des Energiespeichers 50 vorgesehenen Befestigungselement 112 zusammen mit dem hiermit korrespondierenden Befestigungselement 114 bereitgestellt. Die Befestigungselemente 112, 114, 116, 118 können gängige Schloss- und Schließkomponenten, wie zum Beispiel Schlossbügel, Ösen, Augen, Haken und Riegel aufweisen, wobei zumindest eines der Befestigungselemente 114 mittels eines Aktuators 120 betätigbar ist. In Abwandlung einer formschlüssigen Verbindung, die von den Befestigungselementen 112, 114, 116, 118 bereitstellbar ist, können auch kraftschlüssige Verbindungsmechanismen, etwa magnetisch implementierte Verbindungs- oder Verriegelungsmechanismen implementiert sein.
Sobald der Aktuator 120 im wechselseitigen Eingriff der miteinander korrespondierenden Befestigungselemente 114, 112 freigibt, kann der Energiespeicher 50 etwa mit seinem unteren Ende als Drehachse zunächst mit seinem oberen Endabschnitt aus der schachtartigen Ausnehmung 72 zumindest bereichsweise herausgeschwenkt werden bevor eine wechselseitige Verbindung der Befestigungselemente 116, 118 zum endgültigen Abnehmen des Energiespeichers 50 gelöst wird.
In 7 ist eine beispielhafte Darstellung der graphischen Oberfläche eines denkbaren mobilen Endgeräts 100 dargestellt. Das hier gezeigte mobile Endgerät 100 ist insbesondere als SmartPhone ausgebildet. Hierbei kann insbesondere vorgesehen werden, dass unmittelbar durch Aufbau einer Kopplung oder einer Verbindung zwischen dem Endgerät 100 und der elektrofahrradseitig vorgesehenen Steuereinrichtung 110 das mobile Endgerät 100 selbsttätig oder auf Anforderung des Endanwenders hin eine auf den Betrieb des Elektrofahrrads 10 abgestimmte und hierfür konfigurierte Applikation bzw. ein entsprechendes Programm startet.
Wie in 7 dargestellt, kann die Applikation zum Beispiel drei Icons 102, 104, 106 oder entsprechende Anzeigen aufweisen. Durch Anwählen der Icons 102, 104, 106 können entweder diverse Untermenüs aufgerufen werden oder aber direkt einzelne Funktionen des Elektrofahrrads aktiviert werden. Das Icon 102 dient zum Beispiel dem An- und/oder Ausschalten des Beleuchtungsmoduls 68. Das Icon 104 dient einem Auswechseln des Energiespeichers 50 während das Icon 106 zum Beispiel lediglich als Anzeige zur Visualisierung des Ladezustands des Energiespeichers 50 dient.
Das Flussdiagramm gemäß 8 verdeutlicht in vier aufeinander folgenden Schritten 200, 202, 204, 206 zum Beispiel das Abnehmen eines Energiespeichers. Hierbei wird in einem ersten Schritt 200 der Ladezustand des Energiespeichers 50 angezeigt. In einem nachfolgenden Schritt 202 initiiert der Endanwender einen Wechsel des Energiespeichers, etwa durch Anwählen des in 7 dargestellten Icons 104. In Reaktion hierauf generiert das Endgerät 100 ein dementsprechendes Signal und sendet dieses an die Steuereinrichtung 110. In Reaktion auf den Empfang des Signals, ggfs. einer zuvor erfolgten Autorisierung folgend aktiviert die Steuereinrichtung 110 den Aktuator 120 und löst somit eine von den Befestigungselementen 112, 114 gebildete Verriegelung des Energiespeichers 50 in Schritt 204.
Im nachfolgenden und abschließenden Schritt 206 kann der Endanwender den Energiespeicher 50 in der zum Beispiel in 5b und 6b gezeigten Art und Weise von der Antriebseinheit 20 abnehmen.
Das weitere in 9 dargestellte Flussdiagramm zeigt eine Inbetriebnahme des Elektrofahrrads, wobei in einem ersten Schritt 300 das Endgerät 100 mit der Steuereinrichtung 110 verbunden wird. Nach dem Aufbau einer Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 110 und dem Endgerät 100 wird am Endgerät 100 ein Freischaltcode im Schritt 302 angefordert. Der Endanwender gibt im nachfolgenden Schritt 304 den Freischaltcode ein, so dass hierauf folgend, im Schritt 306 die Antriebseinheit 20 und hiermit das Elektrofahrrad 10 entriegelt werden kann.
Es ist abschließend anzumerken, dass die besondere Ausgestaltung des in den 1 bis 4 beispielhaft dargestellten Elektrofahrrads 10 lediglich ein mögliches Beispiel zur praktischen Umsetzung der beanspruchten Steuereinrichtung, der Antriebseinheit und des Verfahrens sowie des Computerprogrammprodukts darstellen. Die beanspruchte Steuereinrichtung, die Antriebseinheit sowie das Verfahren und das Computerprogrammprodukt sowie deren Zusammenwirken mit einem mobilen Endgerät, insbesondere mit einem SmartPhone sind generell für jeden denkbaren Typ eines Elektrofahrrads anwendbar und dementsprechend implementierbar.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Elektrofahrrad
12: Vorderrad
14: Hinterrad
16: Rahmen
17: oberer Abschnitt
18: Oberrahmen
19: unterer Abschnitt
20: Antriebseinheit
21: Grundteil
22: Unterrohrabschnitt
23: Endabschnitt
24: Tretlagerabschnitt
25: Tretlager
26: Kurbel
28: Pedal
30: Hinterradschwinge
32: Riemen
34: Schaltung
36: Bremse
38: Bremse
40: Dämpfungselement
42: Anbindungspunkt
44: Anbindungspunkt
46: Sattelstütze
48: Sattel
50: Energiespeicher
51: Riffelung
52: Gabelabschnitt
54: Schenkel
56: Schenkel
58: Befestigungsabschnitt
60: Gabel
62: Lenker
64: Lenkkopf
65: Steuersatz
66: Steuerkopfabschnitt
68: Beleuchtungsmodul
70: Steckverbindung
72: Ausnehmung
80: Elektromotor
100: Endgerät
102: Icon
104: Icon
106: Icon
110: Steuereinrichtung
112: Befestigungselement
114: Befestigungselement
116: Befestigungselement
118: Befestigungselement
120: Aktuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11-Standards [0020]

Claims

Steuereinrichtung für eine, einen Elektromotor (80) und einen Energiespeicher (50) aufweisende Antriebseinheit (20) eines Elektrofahrrads (10), wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, über ein Endgerät (100) empfangene Signale auszuwerten, um zumindest eine Funktion der Antriebseinheit (20) in Abhängigkeit zumindest eines empfangenen Signals freizugeben oder zu sperren.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung mit einem Aktuator (120) eines Verriegelungsmechanismus (112, 114,116, 118) für den lösbar an der Antriebseinheit (20) befestigbaren Energiespeicher (50) in Wirkverbindung steht.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, den Verriegelungsmechanismus (112, 114, 116, 118) erst dann in eine Freigabekonfiguration zu überführen, wenn über das Endgerät (100) ein vorgegebenes Entriegelungssignal empfangen wird.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, eine Aktivierung des Elektromotors (80) der Antriebseinheit (20) solange zu sperren, bis über das Endgerät (100) ein vorgegebener Freischaltcode empfangen wird.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, den aktuellen Betriebsstatus des Motors (80) und/oder des Energiespeichers (50) abzufragen und den ermittelten Betriebsstatus an das Endgerät (100) zu übermitteln.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zur kabelgebundenen und/oder kabellosen Kommunikation mit dem Endgerät (100) ausgebildet ist.
Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad (10) mit zumindest einem Elektromotor (80) und einem Energiespeicher (50) und mit einer Steuereinrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrofahrrad mit einer Antriebseinheit nach Anspruch 7 und/oder mit einer Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrrads, welches einen Elektromotor (80), einen Energiespeicher (50) und eine Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Verbinden eines Endgeräts (100) mit der Steuereinrichtung (110), – Übermitteln eines dem Funktionsbefehl entsprechenden Signals vom Endgerät (100) an die Steuereinrichtung (110), – Freigeben oder Sperren zumindest einer Funktion der Antriebseinheit (20) in Abhängigkeit des von der Steuereinrichtung (110) empfangenen Signals.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei auf dem Endgerät (100) zumindest eine Entriegelungsfunktion zum Lösen des Energiespeichers (50) von der Antriebseinheit (20) bereitgestellt wird und wobei infolge einer Aktivierung der Entriegelungsfunktion der Energiespeicher (50) von der Antriebseinheit (20) abnehmbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei das Endgerät (100) zur Abfrage einer Nutzeridentifikation ausgebildet ist und das Endgerät (100) und/oder die Steuereinrichtung (110) nur bei Eingabe einer vorgegebenen Nutzeridentifikation oder einer vorgegebenen Freischaltcodes einen Betrieb des Elektromotors (80) freigibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuereinrichtung (110) bei unbefugter Benutzung des Elektrofahrrads ein Warnsignal an das Endgerät (100) sendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das Endgerät (100) als mobiles multifunktionales Endgerät, insbesondere als SmartPhone ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt zum Betrieb eines Zweirads welches einen Elektromotor (80), einen Energiespeicher (50) und eine Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei das Computerprogrammprodukt – Programmmittel zum Verbinden eines Endgeräts (100) mit der Steuereinrichtung/(110), – Programmmittel zum Übermitteln eines dem Funktionsbefehl entsprechenden Signals vom Endgerät (100) an die Steuereinrichtung (110), und – Programmmittel zum Freigeben oder Sperren zumindest einer Funktion der Antriebseinheit (20) in Abhängigkeit des von der Steuereinrichtung (110) empfangenen Signals aufweist.