DE102014000925A1

DE102014000925A1 - Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE102014000925A1
Application number: DE102014000925.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-07-30

Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrad (1), mit den Schritten: Antreiben des Elektrofahrrades (1), indem auf ein Tretantriebsmittel (8) des Elektrofahrrades (1) eine Muskelkraft aufgebracht wird und die Muskelkraft auf einen Generator (15) übertragen wird und von dem Generator (15) elektrische Energie erzeugt wird, Elektrisches Antreiben des Elektrofahrrades (1), indem elektrischer Strom von einer Energiespeichereinheit, (22) z. B. einer Batterieeinheit (23) oder einer Brennstoffzelle, und/oder von dem Generator (15) zu einer Elektromaschine (12) geleitet wird und mit der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) ein Antriebsrad (4, 6) elektrisch angetrieben wird, vorzugsweise das Antriebsrad (4, 6) im Normalbetrieb ausschließlich mittels elektrischer Energie mit der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) angetrieben wird soll das mit dem Verfahren betriebene Elektrofahrrad (1) ohne Kettenantrieb wenigstens teilweise die haptischen Treteigenschaften eines Fahrrades mit Kettenantrieb aufweisen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und gleichzeitig ein Anfahrwunsch des Fahrers erfasst wird und während des Aufbringens einer Muskelkraft des Fahrers auf das Tretantriebsmittel (8) zum Anfahren und während des Anfahrens eine Gegenkraft, insbesondere ein Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebracht wird zur haptischen Simulation der Gegenkräfte an dem Tretantriebsmittel (8) in einem Verhältnis zu einem mechanischen Fahrrad mit einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere einer Kette, und/oder ein Bremswunsch des Fahrers mittels einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder Position des Tretantriebsmittels (8) erfasst wird und bei dem Bremswunsch automatisch wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades (1) aktiviert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrades gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.
Elektrofahrräder verfügen über einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, um den Fahrer des Elektrofahrrades beim Antrieb des Fahrrades mit zwei Pedalen als eine Tretkurbeleinheit durch einen Antrieb mit dem Elektromotor zu unterstützen. Bei Nabenelektromotoren sind diese in die Nabe am Vorder- oder Hinterrad integriert.
Klassische mechanische Fahrräder ohne einen Elektroantrieb umfassen als Tretantriebsmittel eine Tretkurbeleinheit mit zwei Pedalen, welche an einer Welle befestigt sind, so dass von den Pedalen um eine Rotationsachse der Welle eine Rotationsbewegung ausführbar ist. Dabei wird von dem Fahrer auf die Pedale Muskelkraft übertragen und mittels einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung, z. B. einer Kette, wird diese Kraft von der Tretkurbeleinheit auf das Hinterrad übertragen. Hierzu weist die Tretkurbeleinheit ein Zahnrad bzw. ein Ritzel auf, sowie auch das Hinterrad, an welchem die Kette befestigt ist. Derartige klassische Fahrräder ohne Elektroantrieb haben ein typisches Fahrgefühl insbesondere beim Anfahren aus dem Stillstand oder bei einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Fahrrades. Darüber hinaus weisen derartige klassische Fahrräder häufig auch eine Rücktrittbremse auf, so dass mittels einer rückwärts auf die Pedale aufgebrachten Muskelkraft das Fahrrad gebremst werden kann.
Darüber hinaus ist es bekannt, auch an Elektrofahrrädern mit einem Elektroantrieb eine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. die Kette, zur mechanischen ständigen Übertragung der auf die Tretkurbeleinheit aufgebrachten Muskelkraft auf das Hinterrad vorzusehen. Bei diesen Elektrofahrrädern mit Ketten als mechanische Kraftübertragungseinrichtung zur ständigen Übertragung der auf die Tretkurbeleinheit aufgebrachten Muskelkraft als Antriebskraft auf ein Antriebsrad, insbesondere das Hinterrad, dient der Elektroantrieb mit einem Elektromotor als einer Elektromaschine lediglich dazu, die erforderliche Muskelkraft zum Antrieb des Elektrofahrrades zu reduzieren und teilweise durch elektrische Energie aus einer Batterieeinheit zu ersetzen. Ein Elektromotor als Elektromaschine dient damit als Hilfs- oder Zusatzantrieb an dem Elektrofahrrad. Dabei weist das Elektrofahrrad jedoch ständig eine mechanische Kraftübertragungseinrichtung zwischen dem Tretantriebsmittel und dem Antriebsrad, insbesondere dem Hinterrad, auf.
Außerdem ist es bekannt, an Elektrofahrrädern keine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. eine Kette oder eine Kardanwelle, zur mechanischen ständigen Übertragung der auf das Tretantriebsmittel aufgebrachten Antriebskraft als Muskelkraft auf das Antriebsrad vorzusehen. An dem Tretantriebsmittel ist ein Generator angeordnet, welcher Strom erzeugt und zum Antrieb des Antriebrades mittels des Elektromotors kann somit das Antriebrad ausschließlich durch elektrische Energie des Elektromotors als Elektromaschine angetrieben werden. Derartige kettenlose Elektrofahrräder, bei denen das Antriebsrad ausschließlich von dem Elektromotor angetrieben ist, weisen jedoch im Vergleich zu Fahrrädern mit einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung ein anderes haptisches Fahrgefühl an den Pedalen des Tretantriebmittels auf. Insbesondere beim Anfahren mit diesem Elektrofahrrad ohne der mechanischen Kraftübertragungseinrichtung, z. B. der Kette, und der Kraftübertragung von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad werden auf das Tretantriebsmittel nur sehr geringe Gegenkräfte im Verhältnis zu einem mechanischen Fahrrad aufgebracht. Dies führt zu einem ungewöhnlichen und unsicheren Fahrempfinden für den Fahrer. Außerdem weisen derartige Elektrofahrräder keine Rücktrittsbremse auf, so dass es nicht möglich ist, mittels einer rückwärts gerichteten Bewegung des Tretantriebsmittels die Bremsen des Elektrofahrrades zu aktivieren. Diese Elektrofahrräder weisen somit an dem Tretantriebsmittel völlig andere haptischen Treteigenschaften auf als Fahrräder ohne Elektroantrieb und nur mit der mechanischen Kraftübertragungseinrichtung oder Elektrofahrräder mit Elektroantrieb und mit mechanischer Kraftübertragungseinrichtung.
Aus der DE 10 2011 082 082 A1 ist ein Fahrrad mit mindestens einem Hilfsmotor, der ein Nabenmotor ist, bekannt. Ein Antriebsrad ist mit dem Hilfsmotor antreibbar und ferner umfasst das Fahrrad eine Pedalerie mit einem Tretlager, einem Generator, der mit der Pedalerie derart verbunden ist, dass durch die Pedalerie erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei der Generator mit dem mindestens einem Hilfsmotor derart elektrisch verbunden ist, dass der mindestens eine Hilfsmotor mit der durch den Generator umgewandelten elektrischen Energie betreibbar ist. Dabei ist der mindestens eine Hilfsmotor des Antriebsrades derart mechanisch getrennt von der Pedalerie angeordnet, dass der Hilfsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von dem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist, wobei der Generator im Tretlager der Pedalerie angeordnet ist.
Die DE 196 00 698 A1 zeigt ein Fahrrad, welches mit Muskelkraft betreibbar ist, wobei ein Generator zur Stromerzeugung durch den Benutzer antreibbar ist und mindestens einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs, der mit dem Generator zur Übertragung elektrischer Leistung verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Elektrofahrrad ohne Kettenantrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrades ohne Kettenanrieb zur Verfügung zu stellen, bei dem das Elektrofahrrad ohne Kettenantrieb wenigstens teilweise die haptischen Treteigenschaften eines Fahrrades mit Kettenantrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Elektrofahrrad mit Elektroantrieb, umfassend, einen Rahmen, ein Vorderrad und ein Hinterrad, eine Energiespeichereinheit, z. B. Batterieeinheit oder eine Brennstoffzelle, eine Elektromaschine als Elektromotor zum ausschließlichen elektrischen Antrieb eines Antriebsrades, insbesondere Hinterrades, im Normalbetrieb des Elektrofahrrades mit elektrischer Energie von dem Energiespeicher und/oder von einem Generator, ein Tretantriebsmittel, den Generator, welcher mit dem Tretantriebsmittel mechanisch gekoppelt ist zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels der mit Muskelkraft auf das Tretantriebsmittel aufgebrachten mechanischen Energie, eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Elektromaschine, wobei mit dem Elektrofahrrad ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist und/oder das Elektrofahrrad ein mechanisches Notübertragungsmittel, insbesondere eine Kette oder einen Zahnriemen, zur mechanischen Kraftübertragung ausschließlich in einem Notbetrieb von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad umfasst und vorzugsweise das mechanische Notübertragungsmittel an einer Dauerhalteeinrichtung lösbar befestigt ist und mit dem mechanischen Notübertragungsmittel an der Dauerhalteeinrichtung keine Kraft von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad übertragbar ist und vorzugsweise an dem Tretantriebsmittel ein erstes Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, und an dem Antriebsrad ein zweites Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, vorzugsweise optisch im Normalbetrieb von einer Abdeckung optisch abgedeckt, angeordnet ist.
Insbesondere umfasst das Elektrofahrrad eine Tretbremse zum Aufbringen einer Gegenkraft auf das Tretantriebsmittel, insbesondere eine mechanische Tretbremse umfasst und/oder das Elektrofahrrad Schalter, z. B. Transistoren, zur Bestromung von Spulen des Generators mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit umfasst, so dass der Generator eine elektrische Tretbremse bildet und/oder die Tretbremse als eine Wirbelstrombremse ausgebildet ist und vorzugsweise mit einem Drehwinkelsensor eine Drehwinkelposition eines Rotors des Generators erfassbar ist und in Abhängigkeit von der Drehwinkelposition des Rotors die Bestromung der Spulen des Generators steuerbar ist und/oder das Elektrofahrrad im Normalbetrieb keine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. eine Kette oder eine Kardanwelle, zur mechanischen ständigen Übertragung der auf das Tretantriebsmittel aufgebrachten Antriebskraft als Muskelkraft auf das Antriebsrad, insbesondere das Hinterrad umfasst. Mit der mechanischen und/oder elektrischen Tretbremse können auf das Tretantriebsmittel große Gegenkräfte, insbesondere große Gegentretmomente, aufgebracht werden, entgegen einer Bewegungsrichtung des Tretantriebmittels zum Antrieb des Elektrofahrrades und/oder es kann mit der mechanischen und/oder elektrischen Tretbremse das Tretantriebsmittel festgesetzt bzw. blockiert werden, so dass eine Bewegung des Tretantriebsmittels ausgeschlossen ist.
In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die Steuerungseinheit einen programmierbaren Rechner und einen Datenspeicher zur Speicherung von unterschiedlichen Daten, so dass mittels unterschiedlicher Programme und/oder unterschiedlicher Daten unterschiedliche Parameter des Verfahrens ausführbar sind. Mit dem programmierbaren Rechner und dem Datenspeicher können unterschiedliche Programme und/oder Daten gespeichert und ausgeführt werden, so dass dadurch das mit dem Elektrofahrrad ausführbare Verfahren mit unterschiedlichen Parametern oder numerischen Werten ausführbar ist. Beispielsweise kann als Mindestgeschwindigkeitswert eine unterschiedliche Geschwindigkeit von z. B. drei, vier oder fünf km/h eingegeben werden. Außerdem können unterschiedliche Werte von Gegenkräfte, welche beim Anfahren des Elektrofahrrades auf das Tretantriebsmittel aufgebracht werden, zur haptischen Simulation der Gegenkräfte an dem Tretantriebsmittel programmiert werden. Die Änderung der Parameter der Steuerungseinheit ist auch mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Schnittstelle an dem Elektrofahrrad mit einem Smartphone möglich, wobei an dem Smartphone ein entsprechendes App installiert ist. Eine drahtlose Schnittstelle ist beispielsweise ein Funk-Schnittstelle bzw. Bluetooth-Schnittstelle.
Vorzugsweise umfasst das Elektrofahrrad einen Geschwindigkeitssensor, z. B. einen Winkelgeschwindigkeitssensor an einem Rad, insbesondere Hinterrad, einen Mikrowellen oder Laser-Doppler-Velocimeter zur Erfassung der Geschwindigkeit über Grund, eine optisch arbeitenden Bewegungskorrelators oder einen Inertialsensor, zur Erfassung der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades. Mit dem Geschwindigkeitssensor wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erfasst und mit diesem Geschwindigkeitswert kann insbesondere von der Steuerungseinheit ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades für ein anfahrendes Elektrofahrrad erfasst werden.
In einer Variante umfasst das Elektrofahrrad wenigstens einen Berührungssensor zur Erfassung einer Berührung des Tretantriebsmittels und/oder das Elektrofahrrad umfasst einen Neigungssensor zur Erfassung einer Inklination des Elektrofahrrades quer zur Fahrrichtung und/oder das Elektrofahrrad umfasst einen Tretgeschwindigkeitssensor zur Erfassung der, vorzugsweise vektoriellen, Geschwindigkeit, insbesondere der Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels und/oder das Elektrofahrrad umfasst einen Tretpositionssensor zur Erfassung der Position, insbesondere des Drehwinkels, des Tretantriebsmittels. Mit dem Berührungssensor wird beispielsweise ein Anfuhrwunsch des Fahrers erfasst und/oder mit dem Neigungssensor wird ein Anfahrwunsch des Fahrers erfasst. Bei vorgegebenen Parametern bzw. Werten des Geschwindigkeitssensors und/oder des Berührungssensors und/oder des Neigungssensors wird von der Steuerungseinheit auf einen Anfahrwunsch des Fahrers geschlossen. Mit dem Tretgeschwindigkeitssensor und/oder dem Tretpositionssensor wird ein Bremswunsch des Fahrers automatisch von der Steuerungseinheit erfasst. Hierbei sind in der Steuerungseinheit entsprechende Parameter bzw. Werte bzw. Muster für die Tretgeschwindigkeit und/oder die Tretposition erfasst und bei einem Erreichen vorgegebener Parameter wird von dem Elektrofahrrad ein Bremswunsch des Fahrers erkannt und anschließend wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades aktiviert.
Zweckmäßig umfasst das Elektrofahrrad ein mechanisches Notübertragungsmittel, insbesondere eine Kette oder einen Zahnriemen, zur mechanischen Kraftübertragung ausschließlich in einem Notbetrieb von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad und vorzugsweise ist das mechanische Notübertragungsmittel an einer Dauerhalteeinrichtung lösbar befestigt und mit dem mechanischen Notübertragungsmittel an der Dauerhalteeinrichtung ist keine Kraft von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad übertragbar und vorzugsweise ist an dem Tretantriebsmittel ein erstes Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, und an dem Antriebsrad ein zweites Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, vorzugsweise optisch im Normalbetrieb von einer Abdeckung optisch abgedeckt, angeordnet. Mit dem mechanischen Notkraftübertragungsmittel kann bei einem Ausfall des Elektroantriebes, beispielsweise der Elektromaschine als Elektromotor, das Elektrofahrrad im Notbetrieb auch mechanisch angetrieben werden. Im Normalbetrieb des Elektrofahrrades ist jedoch keine mechanische Kraftübertragung von dem Tretantriebsmittel auf das Antriebsrad möglich, da das Notkraftübertragungsmittel im Normalbetrieb innerhalb einer Aufbewahrungsbox als Dauerhalteeinrichtung für eine Kette oder einen Zahnriemen als Notkraftübertragungsmittel angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Tretantriebsmittel als eine Tretkurbeleinheit mit zwei Kurbeln an einer Welle oder ein Stepper mit einer Welle oder ein Kolbeneinheit mit zwei Tretkolben an einer Kurbelwelle als Welle ausgebildet und die Welle steht in mechanischer Verbindung, z. B. mit einem Getriebe, mit dem Generator und vorzugsweise der mechanischen Tretbremse. Die zwei Tretkolben des Tretantriebsmittels führen eine ausschließliche oszillierende Translationsbewegung aus und auf den Tretkolben sind die Füße des Fahrers angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist an dem Elektrofahrrad wenigstens ein Rad, vorzugsweise sämtliche Räder, insbesondere das Vorderrad und/oder das Hinterrad, mit Speichen ausgebildet. Die Speichen an einem Elektrofahrrad verbinden an je einem Rad die Radnabe bzw. Radachse mit der Radfelge. Die Radfelge ist somit mit der Radnabe bzw. Radachse fest verbunden.
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrad, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Elektrofahrrades, mit den Schritten: Antreiben des Elektrofahrrades, indem auf ein Tretantriebsmittel des Elektrofahrrades eine Muskelkraft aufgebracht wird und die Muskelkraft auf einen Generator übertragen wird und von dem Generator elektrische Energie erzeugt wird, Elektrisches Antreiben des Elektrofahrrades, indem elektrischer Strom von einer Energiespeichereinheit, z. B. einer Batterieeinheit oder einer Brennstoffzelle, und/oder von dem Generator zu einer Elektromaschine geleitet wird und mit der Elektromaschine als Elektromotor ein Antriebsrad elektrisch angetrieben wird, vorzugsweise das Antriebsrad im Normalbetrieb ausschließlich mittels elektrischer Energie mit der Elektromaschine als Elektromotor angetrieben wird, wobei ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und gleichzeitig ein Anfahrwunsch des Fahrers erfasst wird und während des Aufbringens einer Muskelkraft des Fahrers auf das Tretantriebsmittel zum Anfahren während des Anfahrens des Elektrofahrrades ausschließlich mit elektrischer Energie mit der Elektromaschine als Elektromotor eine Gegenkraft, insbesondere ein Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel aufgebracht wird zur haptischen Simulation der Gegenkräfte an dem Tretantriebsmittel in einem Verhältnis zu einem mechanischen Fahrrad mit einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere einer Kette, und/oder ein Bremswunsch des Fahrers mittels einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder Position des Tretantriebsmittels erfasst wird und bei dem Bremswunsch automatisch wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades aktiviert wird und/oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels gesteuert und/oder geregelt wird, indem die Elektromaschine als Elektromotor mit einer elektrischen Leistung betrieben wird, so dass das Elektrofahrrad die Geschwindigkeit erreicht und/oder von dem Fahrer die elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und die mechanische Tretleistung eingestellt werden und die Elektromaschine als Elektromotor und der Generator derart betrieben werden, dass die die elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und die mechanische Tretleistung unabhängig voneinander sind.
Während eines Stillstandes oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und einem gleichzeitig erfassten Anfahrwunsch des Fahrers werden auf das Tretantriebsmittel große Gegenkräfte, insbesondere ein großes Gegendrehmoment, aufgebracht, so dass dadurch an dem Tretantriebsmittel im Wesentlichen das haptische Verhalten eines mechanischen Fahrrades mit einer Kette simuliert werden kann. Ein Bremswunsch des Fahrers wird mittels einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder Position des Tretantriebsmittels erfasst und anschließend automatisch wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades aktiviert, so dass das Elektrofahrrad eine simulierte Rücktrittsbremse aufweist, insbesondere ist die Geschwindigkeit eine vektorielle Geschwindigkeit, so dass bei einer rückwärtigen Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels ein Bremswunsch des Fahrers erfasst und entsprechend die wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades aktiviert wird. Die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels gesteuert und/oder geregelt, so dass das Verhältnis zwischen Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels und Geschwindigkeit des Elektrofahrrades einem fiktiven Übersetzungsverhältnis, wie bei einem mechanischen Fahrrad, entspricht. Der Fahrer kann außerdem mittels entsprechender Stellorgane, z. B. Schalter an dem Lenker, die elektrische Leistung der Elektromaschine oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades vorgeben und einstellen und zusätzlich die mechanische Tretleistung an dem Tretantriebsmittel einstellen, so dass dadurch beispielsweise die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades unabhängig von der mechanischen Tretleistung und auch bei einer sehr geringen mechanischen Tretleistung auch eine hohe Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erreicht werden kann.
Insbesondere wird der Stillstand oder die sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erfasst, indem mit einem Geschwindigkeitssensor die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erfasst wird und unterhalb eines vorgegebenen Mindestgeschwindigkeitswertes, z. B. 5 km/h, liegt ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades vor und der Anfahrwunsch des Fahrers wird erfasst, indem die von dem Fahrer auf das Tretantriebsmittel aufgebrachte Muskelkraft, insbesondere die aus der Muskelkraft resultierende mechanische Leistung und/oder das Drehmoment, erfasst wird und/oder eine Berührung des Tretantriebsmittels mit einem Berührungssensor erfasst wird und/oder die Inklination des Elektrofahrrades quer zur Fahrtrichtung mit einem Neigungssensor erfasst wird und/oder die Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels erfasst wird und/oder die Position, insbesondere der Drehwinkel, des Tretantriebsmittels erfasst wird und/oder während eines Stillstandes oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels in Abhängigkeit, insbesondere direkt proportional, vorzugsweise mit einer konstanten Proportionalitätskonstante, von der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades gesteuert und/oder geregelt wird.
In einer ergänzenden Variante wird während eines Stillstand oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers eine größere Gegenkraft, insbesondere ein größeres Gegendrehmoment, vorzugsweise eine um das 2-, 4- oder 8-Fache größere Gegenkraft, insbesondere ein um das 2-, 4- oder 8-Fache größeres Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel aufgebracht als im Fahrbetrieb des Elektrofahrrades nach dem Anfahren und/oder während eines Stillstand des Elektrofahrrades und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers wird das Tretantriebsmittel festgesetzt oder blockiert und/oder je größer die sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades bei dem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers wird, eine desto kleinere Gegenkraft, insbesondere ein desto kleineres Gegendrehmoment, wird auf das Tretantriebsmittel aufgebracht.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird während eines Stillstand des Elektrofahrrades und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Gegenkraft, insbesondere das Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel aufgebracht, indem der Generator, insbesondere Spulen des Generators, entsprechend bestromt werden, so dass der Generator eine große Gegenkraft, insbesondere ein großes Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel aufbringt und/oder indem eine mechanische Tretbremse an dem Tretantriebsmittel aktiviert wird und/oder während eines Stillstand des Elektrofahrrades und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Elektromaschine als Elektromotor gesteuert und/oder geregelt wird, so dass die von der Elektromaschine auf das Antriebsrad aufgebrachte mechanische Antriebsleistung im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die von dem Fahrer auf das Tretantriebsmittel aufgebrachten mechanischen Leistung. Bei der Bestromung der Spulen des Generators mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit bildet der Generator eine elektrische Tretbremse und erzeugt keine elektrische Energie.
In einer weiteren Variante wird die, vorzugsweise vektorielle, Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, mit einem Tretgeschwindigkeitssensor des Tretantriebsmittels und/oder die Position, insbesondere der Drehwinkel, mit einem Tretpositionssensor des Tretantriebsmittels erfasst und in Abhängigkeit hiervon ein Bremswunsch erfasst wird und/oder die wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades aktiviert wird, insbesondere je größer eine rückwärtige Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels ist, eine desto größere Bremsleistung aktiviert wird und/oder je größer eine auf das Tretantriebsmittel aufgebrachte rückwärts gerichtete Muskelkraft ist, eine desto größere Bremsleistung aktiviert wird.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird bei dem Bremswunsch während der auf das Tretantriebsmittel aufgebrachten rückwärts gerichteten Muskelkraft auf das Tretantriebsmittel eine Gegenkraft dahingehend aufgebracht, so dass sich für das Tretantriebsmittel ein Anschlagpositionsbereich ergibt. Der Anschlagpositionsbereich ist insbesondere ein Drehwinkelbereich bis zu dem das Drehantriebsmittel rückwärts bewegt werden kann und anschließend aufgrund der Gegenkraft eine weitere Bewegung des Tretantriebsmittels rückwärts gerichtet nicht mehr möglich ist. Eine rückwärts gerichtete Bewegung des Tretantriebsmittels ist dabei eine Bewegung entgegengesetzt zu einer Bewegung zum Antrieb des Elektrofahrrades.
Insbesondere wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades direkt proportional, vorzugsweise mit unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels gesteuert und/oder geregelt, indem die Elektromaschine als Elektromotor mit einer elektrischen Leistung betrieben wird, so dass die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels erreicht wird, wobei dies mit einer Berücksichtigung des Fahrwiderstandes des Elektrofahrrades die erforderliche mechanische Tretleistung von dem Fahrwiderstand abhängig gesteuert und/oder geregelt wird oder ohne einer Berücksichtigung des Fahrwiderstandes des Elektrofahrrades die erforderliche mechanische Tretleistung unabhängig von dem Fahrwiderstand gesteuert und/oder geregelt wird. Die unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten entsprechen dabei den unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen bzw. Gängen eines Fahrrades mit einer Kette. Dabei können die Proportionalitätskonstanten mehrere unterschiedliche feste Werte aufweisen oder stufenlos sein, so dass bei einer stufenlosen Proportionalitätskonstante das Elektrofahrrad ein stufenloses Getriebe bzw. eine stufenlose Gangschaltung bzw. ein stufenloses Übersetzungsverhältnis zwischen dem Tretantriebsmittel und der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung werden von dem Fahrer die elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und die mechanische Tretleistung eingestellt und die Elektromaschine als Elektromotor und der Generator derart betrieben werden, dass die die elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und die mechanische Tretleistung unabhängig voneinander sind, so dass insbesondere bei einer minimalen mechanischen Tretleistung des Fahrers eine maximale elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder maximale Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erreicht wird und/oder bei einer maximalen mechanischen Tretleistung des Fahrers eine minimale elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor oder eine minimale Geschwindigkeit des Elektrofahrrades erreicht wird und/oder die Elektromaschine wird in einem Rekuperationsbetrieb als ein Rekuperations-Generator betrieben und mit der elektrischen Energie aus dem Rekuperationsbetrieb wird die Energiespeichereinheit aufgeladen.
Vorzugsweise wird die Batterieeinheit mit einem Ladegerät oder der Elektromaschine als Generator aufgeladen.
Zweckmäßig ist die elektrische Leistung der Elektromaschine als Elektromotor stufenlos steuerbar und/oder regelbar.
Zweckmäßig sind die Batteriezellen der Batterieeinheit Lithiumionenbatteriezellen.
In einer ergänzenden Variante umfasst das Elektrofahrrad nur zwei Räder, nämlich das Vorderrad und das Hinterrad.
Vorzugsweise sind die Speichen fest mit der Radfelge und der Radnabe verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren zum Betreiben des Elektrofahrrades mit einem Elektrofahrrad ausgeführt an dem wenigstens ein Rad, insbesondere das Vorderrad und/oder das Hinterrad, mit Speichen ausgebildet ist. Die Speichen an einem Elektrofahrrad verbinden an je einem Rad die Radnabe bzw. Radachse mit der Radfelge. Die Radfelge ist somit mit der Radnabe bzw. Radachse fest verbunden, so dass die Radfelge, die Speichen und die Radnabe eine gemeinsame Rotationsbewegung ausführen um eine Rotationsachse, welche der Radachse entspricht.
Zweckmäßig ist die Batterieeinheit von einem Ladegerät aufladbar, d. h. das Ladegerät ist an ein Stromnetz, z. B. an einem Haus, angeschlossen oder die Batterieeinheit ist im Rekuperationsbetrieb von der Elektromaschine als Generator aufladbar.
Insbesondere ist die Elektromaschine als Elektromotor nur bei einer (minimalen) mechanischen Tretleistung an dem Tretantriebsmittel betreibbar, so dass das Elektrofahrrad kein elektrisches Moped bildet.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Elektrofahrrades und
2 eine vereinfachte schematische Detailansicht eines Tretantriebsmittels, eines Generator, einer Elektromaschine und einer Batterieeinheit des Elektrofahrrades gemäß 1.
Ein Elektrofahrrad 1 weist einen Rahmen 2, ein Vorderrad 5 und ein Hinterrad 6, d. h. zwei Räder 4 und einen Gepäckträger 3 an dem Rahmen 2 sowie einen Lenker 11 auf. Die Räder 4 weisen dabei eine Radfelge auf, die mittels Speichen 7 mit einer Radnabe verbunden sind. An der Radfelge sind ein Reifenmantel und ein Reifenschlauch (nicht dargestellt) angeordnet.
An dem Rahmen 2 des Elektrofahrrades 1 ist der Gepäckträger 3 befestigt und an dem Gepäckträger 3 ist eine Batterieeinheit 23 als eine Energiespeichereinheit 22 und Steuerungseinheit 19 befestigt. Die Steuerungseinheit 19 umfasst einen Rechner 20 und einen Datenspeicher 21. Ferner ist an dem Rahmen 2 lösbar ein Ladegerät 24 befestigt, zum Aufladen der Batterieeinheit 23 mittels Energie aus einem externen Stromnetz, beispielsweise einem externen Stromnetz von 220 Volt an einem Gebäude. Das Hinterrad 6 bildet dabei ein Antriebsrad 6 des Elektrofahrrades 1 und in die Radnabe des Hinterrades 6 ist eine Elektromaschine 12 als ein Elektromotor 13 eingebaut oder integriert. Mittels elektrischer Energie kann der Elektromotor 13 angetrieben und dadurch ein Antriebsdrehmoment auf das Hinterrad 6 aufgebracht werden. Ferner kann die Elektromaschine 12 auch als ein Rekuperations-Generator 14 betrieben werden, so dass in einem Rekuperationsbetrieb des Elektrofahrrades 1, z. B. während einer Bergabfahrt, die Elektromaschine 12 als Bremse fungiert und dabei die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt und mittels Stromleitungen 39 zu der Batterieeinheit 23 geleitet und dort gespeichert wird.
Das Elektrofahrrad 1 weist im Normalbertrieb keine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. eine Kette, zur mechanischen ständigen Übertragung der auf ein Tretantriebsmittel 8 aufgebrachten Muskelkraft zu einem Rad 4, insbesondere dem Hinterrad 6, auf. Das Tretantriebsmittel 8 ist als eine Tretkurbeleinheit 9 mit zwei Pedalen 10 ausgebildet und die Pedale 10 sind an einer Welle 38 rotierend gelagert. Die Welle 38 ist mittels eines Getriebes mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mechanisch mit einem Generator 15 gekoppelt, so dass mittels einer auf die Pedale 10 aufgebrachten Muskelkraft die Welle 38 bewegt wird und damit an dem Generator 15 elektrische Energie erzeugt wird. Die elektrische Energie des Generators 15 wird zu der Batterieeinheit 23 durch die Stromleitungen 29 geleitet und dort gespeichert und/oder zu der Elektromaschine 12 zum Antrieb des Elektrofahrrades 1. Dabei kann bei einem geschlossenen Schalter 40 die elektrische Energie des Generators 15 direkt ohne Speicherung in der Batterieeinheit 23 zu der Elektromaschine 12 geleitet werden. Die elektrische Energie des Elektromotors 13 zum ausschließlichen elektrischen Antrieb des Elektrofahrrades 1 stammt somit entweder von dem Generator 15, d. h. aus der Muskelkraft des Fahrers und/oder aus der Batterieeinheit 23.
Mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor 26 als Geschwindigkeitssensor 25 kann die Winkelgeschwindigkeit des Hinterrades 6 erfasst und dadurch die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 erfasst werden. An den beiden Pedalen 10 sind ferner Berührungssensoren 27 angeordnet, so dass von der Steuerungseinheit 19 ein Kontakt der Füße des Fahrers des Elektrofahrrades 1 mit wenigstens einem Pedal 10 erfasst werden kann. Ein Neigungssensor 28 erfasst die Inklination des Fahrrades 1 quer zur Fahrrichtung des Fahrrades 1. Mit einem Tretgeschwindigkeitssensor 29 kann die Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9 und der Welle 38 erfasst werden und mit einem Tretpositionssensor 30 kann die Position, insbesondere der Drehwinkel, der Tretkurbeleinheit 9 erfasst werden. Mit einer mechanischen Tretbremse 16 kann eine Gegenkraft mechanisch auf die Tretkurbeleinheit 9 ausgebracht werden. Zum Aktivieren der mechanischen Tretbremse 16 wird ein elektrischer Aktuator 18 aktiviert, welcher einen Bremsblock 17 zu einem Bremsrad an der Tretkurbeleinheit 9 bewegt. Ferner ist an jedem der beiden Räder 4 eine elektrisch aktivierbare Bremse 35 angeordnet. Diese Bremsen 35 weisen einen elektrischen Aktuator 37 auf, mittels dessen ein Radbremsblock 36 zu den Rädern 4 elektrisch bewegt werden kann und bei einem Deaktivieren der Bremsen 35 wird von dem elektrischen Aktuator 37 der Radbremsblock 36 weg von dem Rad 4, beispielsweise einer Radfelge, bewegt, so dass das der Radbremsblock 36 einen Abstand zu dem Rad 4 aufweist. Ein Anfahrwunsch des Fahrers bei einem Stillstand oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 wird mit dem Berührungssensor 27, dem Neigungssensor 28 und einem Sensor zur Erfassung das auf das Tretantriebsmittel 8 aufgebrachten Drehmomentes erfasst. Hierzu sind in der Steuerungseinheit 19 unterschiedliche Parameter für die drei beschriebenen Sensoren hinterlegt und bei entsprechenden hinterlegten Werten wird von der Steuerungseinheit 19 auf einen Anfahrwunsch des Fahrers geschlossen. Beispielsweise bei einer entsprechenden Inklination des Elektrofahrrades 1 sowie einer auf die Tretkurbeleinheit 9 aufgebrachten Muskelkraft resultierend in ein Drehmoment wird auf den Anfahrwunsch des Fahrers geschlossen und gleichzeitig von der Elektromaschine 12 auf das Hinterrad 6 bei einem Stillstand oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 ein großes Antriebsdrehmoment zum Anfahren des Elektrofahrrades 1 aufgebracht. Bei einem Stillstand des Elektrofahrrades 1 ist dabei die Tretkurbeleinheit 9 blockiert und bei einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades weist die Tretkurbeleinheit 9 eine sehr kleine Winkelgeschwindigkeit auf in einem entsprechenden Verhältnis zu der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades. Damit entspricht haptisch die Tretkurbeleinheit 9 einem mechanischen Fahrrad mit einer Kette. Zum Aufbringen der großen Gegenkraft, insbesondere des Gegendrehmomentes, auf die Tretkurbeleinheit 9 werden entweder mit der Steuerungseinheit 19 die Spulen des Generators 15 entsprechend bestromt, so dass vom Rotor des Generators 15 ein großes Gegendrehmoment auf die Tretkurbeleinheit 9 aufgebracht wird und/oder es wird die mechanische Tretbremse 16 aktiviert, indem von dem elektrischen Aktuator 19 der Bremsblock 17 zu der Bremsscheibe bewegt wird.
Das Elektrofahrrad 1 weist ferner eine simulierte Rücktrittsbremse auf. Von dem Tretgeschwindigkeitssensor 29 wird die vektorielle Winkelgeschwindigkeit, d. h. auch die Richtung der Drehbewegung, mit erfasst und von dem Tretpositionssensor 30 wird der Drehwinkel der Tretkurbeleinheit 9 erfasst. Bei entsprechend vorgegebenen Parametern in der Steuerungseinheit 19 für die Winkelgeschwindigkeit und dem Drehwinkel der Tretkurbeleinheit 9 wird auf einen Bremswunsch des Fahrers geschlossen und anschließend entsprechend die Bremsen 35 mittels der Aktuatoren 37 aktiviert. Bei einer vorgegebenen rückwärts gerichteten Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9 wird von der Steuereinheit 19 auf einen Bremswunsch des Fahrers geschlossen und anschließend die Bremsen 35 aktiviert sowie auch die mechanische Tretbremse 16, so dass dadurch haptisch für den Fahrer ein Anschlagwinkelbereich für die Tretkurbeleinheit 9 zur Verfügung gestellt wird und je größer das von dem Fahrer auf die Pedale 10 aufgebrachte rückwärts gerichtetes Drehmoment ist, eine umso größere Bremsleistung von den Bremsen 35 aktiviert wird.
Der Fahrer des Elektrofahrrades 1 kann auch verschiedene Betriebsmodi zum Betrieb des Elektrofahrrades 1 durch entsprechende Stellorgane an dem Lenker 11 aktivieren und einschalten. Die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 kann in einem ersten Betriebsmodus in Abhängigkeit und direkt proportional zu der Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9 eingestellt werden, so dass dadurch ein konstantes Übersetzungsverhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9 und der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 vorhanden ist. Dies entspricht einem klassischen Fahrrad mit Kettenantrieb und dabei können auch unterschiedliche Verhältnisse zwischen der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades und der Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9 eingestellt werden, welches einer Gangschaltung an. einem klassischen Fahrrad mit Kettenantrieb entspricht.
In einem zweiten Betriebsmodi des Elektrofahrrades kann die elektrische Leistung der Elektromaschine 12 oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 unabhängig von der eingestellten mechanischen Tretleistung an der Tretkurbeleinheit 9 eingestellt werden. Die mechanische Tretleistung ist die mechanische Leistung, welche mittels Muskelkraft von dem Fahrer auf die Tretkurbeleinheit 9 aufgebracht wird. Somit kann der Fahrer beispielsweise auch mit einer sehr kleinen mechanischen Tretleistung an der Tretkurbeleinheit 9 eine große elektrische Leistung der Elektromaschine 12 und damit auch eine hohe Geschwindigkeit des Elektrofahrrades 1 erreichen, indem ein Großteil der elektrischen Energie der Elektromaschine 12 bei einer derartigen Einstellung von der Batterieeinheit 23 stammt und nur ein geringer Anteil von dem Generator 15. Umgekehrt kann die mechanische Tretleistung der Tretkurbeleinheit 9 auch größer eingestellt werden als die elektrische Leistung der Elektromaschine 12, so dass ein Teil der von dem Generator 15 erzeugten elektrischen Energie in der Batterieeinheit 23 gespeichert wird und ein anderer Teil in der Elektromaschine 12 zum Antrieb des Elektrofahrrades 1 eingesetzt werden kann. Der Fahrer des Elektrofahrrades 1 kann somit seine Fahrwünsche völlig individuell an unterschiedliche Bedürfnisse anpassen, d. h. die mechanische Tretleistung und die elektrische Leistung der Elektromaschine 1 beliebig in seinen Wünschen einstellen.
Elektrofahrräder 1, welche ausschließlich mittels elektrischer Energie von der Elektromaschine 12 angetrieben werden und im Normalbetrieb nicht über eine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. eine Kette, zur mechanischen Übertragung von mechanischer Energie von dem Tretantriebsmittel 8 auf das Hinterrad 6 verfügen, können beispielsweise bei einem Ausfall der Elektromaschine 12 nicht mehr mittels eines Tretens der Tretkurbeleinheit 9 betrieben werden. Hierzu ist an dem Rahmen 2 des Elektrofahrrades 1 ein Notkraftübertragungsmittel 31, nämlich ein Zahnriemen 32 innerhalb einer Aufbewahrungsbox 34 als Dauerhalteeinrichtung 33 angeordnet. Im Normalbetrieb des Elektrofahrrades 1 ist somit der Zahnriemen 32 nicht sichtbar. Ferner sind an der Nabe des Hinterrades 6 sowie an der Tretkurbeleinheit 9 entsprechende Notübertragungsräder, z. B. Zahnräder, (nicht dargestellt) angeordnet. Bei einem Ausfall der Elektromaschine 12 kann der Zahnriemen 32 aus der Aufbewahrungsbox 34 herausgenommen und an den Notübertragungsrädern jeweils an der Tretkurbeleinheit 9 und an dem Hinterrad 6 befestigt werden. Dadurch kann im Notbetrieb ohne der Elektromaschine 12 mittels der auf die Tretkurbeleinheit 9 aufgebrachten mechanischen Tretleistung das Elektrofahrrad als Notfahrrad ohne Elektroantrieb angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Elektrofahrrad 1 wesentliche Vorteile verbunden. Während des Anfahrens des Elektrofahrrades 1 werden die haptischen Eigenschaften an der Tretkurbeleinheit 9 zu denen eines mechanischen Fahrrades mit einem Kettenantrieb simuliert und außerdem weist das Elektrofahrrad 1 auch eine simulierte Rücktrittsbremse auf. Hierdurch weist das Elektrofahrrad 1 ein benutzerfreundliches Fahrgefühl auf. In dem ersten Betriebsmodi des Elektrofahrrades 1 ist die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades direkt proportional zu der Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeleinheit 9, so dass das Elektrofahrrad 1 wie ein klassisches Fahrrad mit Kettenantrieb ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufweist. In dem zweiten Betriebsmodi kann der Fahrer des Elektrofahrrades 1 in vorteilhafter Weise die mechanische Tretleistung unabhängig von der elektrischen Leistung der Elektromaschine 12 einstellen und dadurch ein völlig neues individuelles Fahrgefühl an dem Elektrofahrrad 1 erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011082082 A1 [0006]
DE 19600698 A1 [0007]

Claims

Elektrofahrrad (1) mit Elektroantrieb, umfassend, – einen Rahmen, – ein Vorderrad (5) und ein Hinterrad (6), – eine Energiespeichereinheit (22), z. B. Batterieeinheit (23) oder eine Brennstoffzelle, – eine Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) zum ausschließlichen elektrischen Antrieb eines Antriebsrades (6), insbesondere Hinterrades (6), im Normalbetrieb des Elektrofahrrades (1) mit elektrischer Energie von dem Energiespeicher (22) und/oder von einem Generator (15), – ein Tretantriebsmittel (8), – den Generator (15), welcher mit dem Tretantriebsmittel (8) mechanisch gekoppelt ist zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels der mit Muskelkraft auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachten mechanischen Energie, – eine Steuerungseinheit (19) zur Steuerung der Elektromaschine (12), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Elektrofahrrad (1) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 8 bis 15 ausführbar ist.
Elektrofahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrrad (1) eine Tretbremse (15, 16) umfasst zum Aufbringen einer Gegenkraft auf das Tretantriebsmittel (8), insbesondere eine mechanische Tretbremse (16) und/oder das Elektrofahrrad (1) Schalter, z. B. Transistoren, zur Bestromung von Spulen des Generators (15) mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit (22) umfasst, so dass der Generator (15) eine elektrische Tretbremse (15) bildet und/oder das Elektrofahrrad (1) im Normalbetrieb keine mechanische Kraftübertragungseinrichtung, z. B. eine Kette oder eine Kardanwelle, zur mechanischen ständigen Übertragung der auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachten Antriebskraft als Muskelkraft auf das Antriebsrad (6), insbesondere das Hinterrad (6), umfasst.
Elektrofahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (19) einen programmierbaren Rechner (20) und einen Datenspeicher (21) zur Speicherung von unterschiedlichen Daten umfasst, so dass mittels unterschiedlicher Programme und/oder unterschiedlicher Daten unterschiedliche Parameter des Verfahrens ausführbar sind.
Elektrofahrrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrrad (1) einen Geschwindigkeitssensor (25), z. B. einen Winkelgeschwindigkeitssensor (26) an einem Rad (4), insbesondere Hinterrad (6), einen Mikrowellen oder Laser-Doppler-Velocimeter zur Erfassung der Geschwindigkeit über Grund, eine optisch arbeitenden Bewegungskorrelators oder einen Inertialsensor, zur Erfassung der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) umfasst.
Elektrofahrrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrrad (1) wenigstens einen Berührungsensor (27) zur Erfassung einer Berührung des Tretantriebsmittels (8) umfasst und/oder das Elektrofahrrad (1) einen Neigungssensor (28) zur Erfassung einer Inklination des Elektrofahrrades (1) quer zur Fahrrichtung umfasst und/oder das Elektrofahrrad (1) einen Tretgeschwindigkeitssensor zur Erfassung der, vorzugsweise vektoriellen, Geschwindigkeit, insbesondere der Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels (8) umfasst und/oder das Elektrofahrrad (1) einen Tretpositionssensor zur Erfassung der Position, insbesondere des Drehwinkels, des Tretantriebsmittels (8) umfasst.
Elektrofahrrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrrad (1) ein mechanisches Notübertragungsmittel (31), insbesondere eine Kette oder einen Zahnriemen (32), zur mechanischen Kraftübertragung ausschließlich in einem Notbetrieb von dem Tretantriebsmittel (8) auf das Antriebsrad (4, 6) umfasst und vorzugsweise das mechanische Notübertragungsmittel (31) an einer Dauerhalteeinrichtung (33) lösbar befestigt ist und mit dem mechanischen Notübertragungsmittel (31) an der Dauerhalteeinrichtung (33) keine Kraft von dem Tretantriebsmittel (8) auf das Antriebsrad (4, 6) übertragbar ist und vorzugsweise an dem Tretantriebsmittel (8) ein erstes Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, und an dem Antriebsrad (4, 6) ein zweites Notübertragungsrad, z. B. ein Zahnrad, vorzugsweise optisch im Normalbetrieb von einer Abdeckung optisch abgedeckt, angeordnet ist.
Elektrofahrrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tretantriebsmittel (8) als eine Tretkurbeleinheit (9) mit zwei Kurbeln an einer Welle (38) oder ein Stepper mit einer Welle (38) oder ein Kolbeneinheit mit zwei Tretkolben an einer Kurbelwelle als Welle (38) ausgebildet ist und die Welle (38) in mechanischer Verbindung, z. B. mit einem Getriebe, mit dem Generator (15) und vorzugsweise der mechanischen Tretbremse (16) steht.
Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrrad (1), insbesondere eines Elektrofahrrades (1) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Antreiben des Elektrofahrrades (1), indem auf ein Tretantriebsmittel (8) des Elektrofahrrades (1) eine Muskelkraft aufgebracht wird und die Muskelkraft auf einen Generator (15) übertragen wird und von dem Generator (15) elektrische Energie erzeugt wird, – Elektrisches Antreiben des Elektrofahrrades (1), indem elektrischer Strom von einer Energiespeichereinheit, (22) z. B. einer Batterieeinheit (23) oder einer Brennstoffzelle, und/oder von dem Generator (15) zu einer Elektromaschine (12) geleitet wird und mit der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) ein Antriebsrad (4, 6) elektrisch angetrieben wird, – vorzugsweise das Antriebsrad (4, 6) im Normalbetrieb ausschließlich mittels elektrischer Energie mit der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und gleichzeitig ein Anfahrwunsch des Fahrers erfasst wird und während des Aufbringens einer Muskelkraft des Fahrers auf das Tretantriebsmittel (8) zum Anfahren während des Anfahrens des Elektrofahrrades (1) ausschließlich mit elektrischer Energie mit der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) eine Gegenkraft, insbesondere ein Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebracht wird zur haptischen Simulation der Gegenkräfte an dem Tretantriebsmittel (8) in einem Verhältnis zu einem mechanischen Fahrrad mit einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere einer Kette, und/oder ein Bremswunsch des Fahrers mittels einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder Position des Tretantriebsmittels (8) erfasst wird und bei dem Bremswunsch automatisch wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades (1) aktiviert wird und/oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels (8) gesteuert und/oder geregelt wird, indem die Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) mit einer elektrischen Leistung betrieben wird, so dass das Elektrofahrrad (1) die Geschwindigkeit erreicht und/oder von dem Fahrer die elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und die mechanische Tretleistung eingestellt werden und die Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) und der Generator (15) derart betrieben werden, dass die die elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und die mechanische Tretleistung unabhängig voneinander sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stillstand oder die sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) erfasst wird, indem mit einem Geschwindigkeitssensor (25) die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) erfasst wird und unterhalb eines vorgegebenen Mindestgeschwindigkeitswertes, z. B. 5 km/h, ein Stillstand oder eine sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) vorliegt und der Anfahrwusch des Fahrers erfasst wird, indem die von dem Fahrer auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachte Muskelkraft, insbesondere die aus der Muskelkraft resultierende mechanische Leistung und/oder das Drehmoment, erfasst wird und/oder eine Berührung des Tretantriebsmittels (8) mit einem Berührungssensor (27) erfasst wird und/oder die Inklination des Elektrofahrrades (1) quer zur Fahrtrichtung mit einem Neigungssensor (28) erfasst wird und/oder die Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels (8) erfasst wird und/oder die Position, insbesondere der Drehwinkel, des Tretantriebsmittels (8) erfasst wird und/oder während eines Stillstandes oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (8) und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels (8) in Abhängigkeit, insbesondere direkt proportional, vorzugsweise mit einer konstanten Proportionalitätskonstante, von der Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Stillstand oder einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers eine größere Gegenkraft, insbesondere ein größeres Gegendrehmoment, vorzugsweise eine um das 2-, 4- oder 8-Fache größere Gegenkraft, insbesondere eine um das 2-, 4- oder 8-Fache größeres Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebracht wird als im Fahrbetrieb des Elektrofahrrades (1) nach dem Anfahren und/oder während eines Stillstand des Elektrofahrrades (1) und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers das Tretantriebsmittel (8) festgesetzt oder blockiert wird und/oder je größer die sehr kleine Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) bei dem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers wird, eine desto kleinere Gegenkraft, insbesondere ein desto kleineres Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Stillstand des Elektrofahrrades (1) und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Gegenkraft, insbesondere das Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebracht wird, indem der Generator (15), insbesondere Spulen des Generators (15), entsprechend bestromt werden, so dass der Generator eine große Gegenkraft, insbesondere ein großes Gegendrehmoment, auf das Tretantriebsmittel (8) aufbringt und/oder indem eine mechanische Tretbremse (16) an dem Tretantriebsmittel (8) aktiviert wird und/oder während eines Stillstand des Elektrofahrrades (1) und einem gleichzeitigen Anfahrwunsch des Fahrers die Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) gesteuert und/oder geregelt wird, so dass die von der Elektromaschine (12) auf das Antriebsrad (4, 6) aufgebrachte mechanische Antriebsleistung im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die von dem Fahrer auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachten mechanischen Leistung.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise vektorielle, Geschwindigkeit, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, mit einem Tretgeschwindigkeitssensor (29) des Tretantriebsmittels (8) und/oder die Position, insbesondere der Drehwinkel, mit einem Tretpositionssensor (30) des Tretantriebsmittels (8) erfasst wird und in Abhängigkeit hiervon ein Bremswunsch erfasst wird und die wenigstens eine Bremse des Elektrofahrrades (1) aktiviert wird, insbesondere je größer eine rückwärtige Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels (8) ist, eine desto größere Bremsleistung aktiviert wird und/oder je größer eine auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachte rückwärts gerichtete Muskelkraft ist, eine desto größere Bremsleistung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bremswunsch während der auf das Tretantriebsmittel (8) aufgebrachten rückwärts gerichteten Muskelkraft auf das Tretantriebsmittel (8) eine Gegenkraft dahingehend aufgebracht wird, so dass sich für das Tretantriebsmittel (8) ein Anschlagpositionsbereich ergibt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) direkt proportional, vorzugsweise mit unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des Tretantriebsmittels (8) gesteuert und/oder geregelt wird, indem die Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) mit einer elektrischen Leistung betrieben wird, so dass die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Tretantriebsmittels (8) erreicht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Fahrer die elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) und die mechanische Tretleistung eingestellt werden und die Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) und der Generator (15) derart betrieben werden, dass die die elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder die Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (12) und die mechanische Tretleistung unabhängig voneinander sind, so dass insbesondere bei einer minimalen mechanischen Tretleistung des Fahrers eine maximale elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder maximale Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) erreicht wird und/oder bei einer maximalen mechanischen Tretleistung des Fahrers eine minimale elektrische Leistung der Elektromaschine (12) als Elektromotor (13) oder eine minimale Geschwindigkeit des Elektrofahrrades (1) erreicht wird und/oder die Elektromaschine (12) in einem Rekuperationsbetrieb als ein Rekuperations-Generator (14) betrieben wird und mit der elektrischen Energie aus dem Rekuperationsbetrieb die Energiespeichereinheit (22) aufgeladen wird.