DE102014218683A1 - Unterstützung für Runden Tritt am Fahrrad - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrrades (2) beim Tretantrieb über eine Tretlagerwelle (16) eines am Fahrrad (2) vorhandenen Tretlagers (12), umfassend: – Erfassen eines durch den Fahrer des Fahrrades (2) auf die Tretlagerwelle (16) aufgebrachten Tretmomentes (34) über einen Drehwinkel (68) der Tretlagerwelle (16), und – Ausgeben eines Hilfssignals (79), wenn eine Gegenüberstellung (74) des Tretmoments (36) und des Drehwinkels (68) von einer vorbestimmten Bedingung (73) abweicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrrades beim Tretantrieb über eine Tretlagerwelle eines am Fahrrad vorhandenen Tretlagers, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrrad mit der Steuervorrichtung.
  • Aus der DE 10 2011 109 441 A1 ist ein Pedelec genanntes Fahrrad mit einem Hilfsmotor bekannt, der eingerichtet ist, den Fahrer des Fahrrades mit einer Hilfsenergie beim Antrieb zu unterstützen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung des Drehmoments auf die Tretlagerwelle in einem Fahrrad zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrrades beim Tretantrieb über eine Tretlagerwelle eines am Fahrrad vorhandenen Tretlagers die Schritte Erfassen eines durch den Fahrer des Fahrrades auf die Tretlagerwelle aufgebrachten Tretmomentes über einen Drehwinkel der Tretlagerwelle und Ausgeben eines Hilfssignals, wenn eine Gegenüberstellung des Tretmoments und des Drehwinkels von einer vorbestimmten Bedingung abweicht.
  • Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass der Fahrer die Tretlagerwelle des Fahrrades in der Regel über ein Pedal mit einem von der Drehwinkelstellung der Tretlagerwelle abhängigen Tretmoment tritt. Beispielsweise unterscheidet sich das vom Fahrer auf die Tretlagerwelle aufgebrachte Tretmoment in den Totpunkten von dem Drehmoment auf halber Höhe zwischen den Totpunkten. Das kann beispielsweise bei einer Fahrt bergauf dazu führen, dass der Fahrer plötzlich in einer ganz bestimmten Winkelstellung kein ausreichendes Tretmoment zum Antrieb des Fahrrades mehr bereitstellen kann und so gezwungen ist, abzusteigen.
  • Hier greift das angegebene Verfahren mit dem Vorschlag an, die Drehwinkelstellung der Tretlagerwelle und das vom Fahrer aufgebrachte Tretmoment während der Fahrt mit dem Fahrrad einander gegenüberzustellen. Die aus der Gegenüberstellung ableitbaren Informationen lassen sich dann in vielfältiger Art weiterverwenden, um den Fahrer während der Fahrt verschiedene Assistenzfunktionen anzubieten. Diese Assistenzfunktionen kann der Fahrer dann in vielfältiger Weise nutzen, um beispielsweise Kraft beim Treten zu sparen, seine Tretweise zu optimieren, etc.
  • Zur Generierung der zuvor genannten Informationen wird die Gegenüberstellung des Tretmoments und des Drehwinkels mit einer vorbestimmten Bedingung verglichen, wobei das Hilfssignal ausgegeben wird, wenn die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist. Mit der vorbestimmten Bedingung kann so ein optimales Tretverhalten des Fahrers in Abhängigkeit des Drehwinkels der Tretlagerwelle definiert werden. Weicht das reale Tretverhalten von diesem optimalen Tretverhalten ab, so kann der Fahrer über das Hilfssignal aktiv oder passiv unterstützt werden.
  • In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist im Rahmen der vorbestimmten Bedingung eine Schwankung des Tretmoments über den Drehwinkel kleiner, als ein vorbestimmter Wert. In einer besonders bevorzugten Weise ist die vorbestimmte Bedingung so definiert, dass das Tretmoment über den Drehwinkel im Wesentlichen konstant ist. Unter dieser vorbestimmten Bedingung ist das optimale Tretverhalten des Fahrers der sogenannte Runde Tritt. Um hier jedoch eine Toleranz für das Tretverhalten des Fahrers zuzulassen, sollten kleinere Schwankungen des Tretmoments über den Tretwinkel nicht in die zuvor genannte Gegenüberstellung mit einbezogen werden.
  • Zur aktiven Unterstützung des Fahrers basierend auf dem Hilfssignal kann das Tretmoment in einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens mit einem Hilfsmoment überlagert werden. Auf diese Weise kann die Funktion des eingangs genannten Pedelec oder E-Bike genannten Fahrrads mit Hilfsmotor erweitert werden. Bei einem herkömmlichen Pedelec wird über einen Drehmomentensensor das Moment ermittelt, mit dem der Fahrer die Tretkurbel tritt und daraus das Unterstützungsmoment durch den E-Motor bestimmt. Im Rahmen des angegebenen Verfahrens wird zusätzlich der Drehwinkel der Tretlagerwelle gemessen, um darauf basierend den Fahrer des Fahrrades beim Treten mit dem Runden Tritt über den Hilfsmotor zu unterstützen. Dabei kann mit dem Hilfssignal erkannt werden, in welcher Phase des Tretzyklus (Druckphase, Zugphase, Hubphase, Schubphase) sich der Fahrer des Fahrrades gerade befindet. Aus dieser Information im Hilfssignal wird abgeleitet oder prädiziert werden, wie viel Tretmoment der Fahrer im Vergleich zu den vorherigen Phasen aufbringen wird und damit, wie viel zusätzliches Hilfsmoment, oder auch Unterstützungsmoment genannt, notwendig ist, um das Summendrehmoment im Rahmen des runden Tritts konstant zu halten. Denn Ziel im Rahmen der angegebenen Weiterbildung des Verfahrens sollte es sein, über einen kompletten Tretzyklus die Summe aus dem Tretmoment und Hilfsmoment konstant zu halten.
  • Daher sollte das Hilfsmoment in einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens derart generiert werden, dass eine Gegenüberstellung eines Summendrehmomentes aus dem Tretmoment und dem Hilfsmoment und des Drehwinkels die vorbestimmte Bedingung erfüllt. Im einfachsten Falle könnte das Summendrehmoment hierzu basierend auf dem Hilfsmoment ausgeregelt werden. Dafür bieten sich sämtliche klassischen Regelverfahren an, also PID-Regler, Zustandsregler und dergleichen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Vorsteuern des generierten Hilfsmomentes basierend auf einer Schätzung des Verlaufs des Tretmoments über den Drehwinkel. Die Vorsteuerung kann dabei als Führungsgrößenaufschaltung oder als Störgrößenaufschaltung ausgelegt werden und bewirkt ein verbessertes Führungsverhalten des entstehenden Regelkreises, weil so die auszuregelnden Unterschiede zwischen dem Tretmoment des Fahrers und dem Summendrehmoment so klein wie möglich gehalten werden und damit Schwankungen im Regelkreis so weit wie möglich vermieden werden. Die Schätzung des Tretmomentverlaufs des Fahrers über den Drehwinkel kann dabei beliebig erfolgen. Es bieten sich folgende Herangehensweisen an:
    • – Es könnte ein sehr einfaches Modell zugrunde gelegt werden, im Rahmen dessen ein maximales Tretmoment während der Druckphase eines jeden Beins des Fahrers und ansonsten kein Tretmoment angenommen wird. Dabei sollte das Tretmoment beispielsweise während der Druckphase gemessen werden, wobei hier nicht zwischen der Druckphase und anderen Phasen unterschieden werden bräuchte, weil angenommen werden kann, dass das Tretmoment in der Druckphase maximal ist. Vorzugsweise sollte die Druckphase über den Drehwinkel der Tretlagerwelle erfasst werden, wobei für den Drehwinkel der Tretlagerwelle in der Druckphase ein fester Werte angenommen werden könnte, z.B. zwischen 45° und 135°.
    • – Alternativ oder zusätzlich könnte ein Lernalgorithmus, wie beispielsweise ein neuronales Netz, ein Bayes Netz, Polynome, etc verwendet werden, im Rahmen derer über mehrere Tretzyklen der relative Verlauf des Tretmoments über den Drehwinkel gelernt wird. Unter dem Lernen soll dabei ein iterativer Prozess verstanden werden, im Rahmen dessen ein gespeicherter Verlauf des Tretmoments über den Drehwinkel basierend auf aktuellen Messungen ständig korrigiert wird.
    • – Weiter alternativ oder zusätzlich könnten verschiedene Verläufe des Tretmoments über den Drehwinkel mit verschiedenen Referenzfahrern eingefahren und abgespeichert werden. Anschließend könnte während der Fahrt ermittelt werden, welcher der Verläufe am wenigsten Abweichung zum Verlauf des Tretmoments über den Drehwinkel des aktuellen Fahrers hat. Dieser Verlauf kann dann verwendet werden. Alternativ könnte sich der Fahrer einen für ihn geeigneten Verlauf des Tretmoments über den Drehwinkel als Grundlage für die oben genannte Regelung auch nach bestimmten Kriterien, wie sportlich, komfortabel, Gelände, u.s.w. selbst auswählen.
  • In einer anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Vermeiden einer Überlagerung mit dem Hilfsmoment, wenn die Gegenüberstellung des Tretmoments und des Drehwinkels eine weitere vorbestimmte Bedingung erfüllt. Diese weitere vorbestimmte Bedingung könnte derart definiert werden, dass die Annäherung des Tretverhaltens des Fahrers an das oben genannte optimale Tretverhalten auch unter bestimmten Bedingungen gestoppt werden kann, insbesondere in bestimmen Verkehrssituationen.
  • Dabei kann die weitere vorbestimmte Bedingung von einem Beschleunigungswunsch und/oder einem Bremswunsch des Fahrers abhängig sein. Wird beispielsweise erkannt, dass der Fahrer in einer Phase des Tretzyklus deutlich stärker oder schwächer tritt als bisher, so kann von der Optimierung auf ein möglichst konstantes Tretmoment hin abgewichen werden, damit der Fahrer auch Beschleunigen und Abbremsen kann. Idealerweise können dazu als weitere vorbestimmte Bedingung ein weiterer Schwellwert in der Schwankung des Tretmoments definiert werden, ab dem die Unterstützung mit dem Hilfsmoment beendet werden soll. Eine Möglichkeit besteht zusätzlich darin, diesen Schwellwert durch den Fahrer einstellen zu lassen, evtl. innerhalb von vordefinierten Grenzen.
  • In einer noch anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Ausgeben eines Hinweises an den Fahrer basierend auf dem Hilfssignal, denn anstelle der zuvor genannten Unterstützung hin zu einem runden Tritt oder zusätzlich zu dieser Unterstützung kann dem Fahrer auch seine Abweichung vom runden Tritt angezeigt werden. Das kann entweder kontinuierlich erfolgen mittels momentanen Werten, oder über statistische Werte ((gleitender) Mittelwert, Median, Maximum, Minimum, ...). Als Größen bieten sich an die relative und die absolute Abweichung oder der Winkel mit der größten Abweichung. Damit wird anstatt einer passenderen Unterstützung bei der Fahrt eine Kenngröße für ein Training bereitgestellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
  • In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrrad einen Rahmen, der über wenigstens ein Rad auf einem Untergrund bewegbar gehalten ist, ein Tretlager mit einer Tretlagerwelle zum Antrieb des Rades basierend auf einem vom Fahrer aufgebrachten Tretmoment, und eine der angegebenen Steuervorrichtungen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Tretlagers für das Fahrrad der 1, und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Regelkreises in dem Fahrrad der 1 zeigen.
  • In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
  • Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Fahrrades 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 zeigt.
  • Das Fahrrad 2 besitzt einen Rahmen 6, der über ein Vorderrad 8 und ein Hinterrad 10 fahrbar auf einem Untergrund 11, wie beispielsweise einer Straße getragen wird. Das Hinterrad 10 ist dabei über ein Tretlager 12 antreibbar, was nachstehend beschrieben werden soll.
  • Das Tretlager 12 weist ein in 2 gezeigtes Kettenblatt 14 auf, dass in einer noch zu beschreibenden Weise drehfest mit einer Tretlagerwelle 16, auch Kurbelwelle genannt, verbunden ist. Von der Tretlagerwelle 16 ragen in an sich bekannter Weise radial zwei Kurbelarme 18, 20 ab, an deren der Tretlagerwelle 16 gegenüberliegenden Enden je eine Pedale 22, 24 drehbar gehalten ist. Ein Fahrer des Fahrrades 2 kann dann durch Treten auf eines der Pedale 22, 24 die Tretlagerwelle 16 und damit das Kettenblatt 14 drehen. Das sich drehende Kettenblatt 14 bewegt dabei eine Kette 26, die wiederum die Drehung des Kettenblattes 14 auf ein drehfest am Hinterrad 10 befestigtes Zahnrad 28 überträgt. Auf diese Weise wird das Hinterrad 10 angetrieben, wodurch das Fahrrad 2 durch die Tretbewegungen des Fahrers auf dem Untergrund 11 bewegt werden kann. Anstelle des drehfest an Hinterrad 10 befestigten Zahnrads 28 kann auch ein auf einer sogenannten Gangschaltung befestigtes Zahnrad verwendet werden, wobei die Gangschaltung als sogenannte Nabenschaltung ausgebildet sein kann, wobei sich dann das Getriebe innerhalb der Radnabe des Hinterrads befindet, oder als sogenannten Kettenschaltung, bei der sich das Getriebe offen zugänglich auf der Radnabe befindet.
  • Der Fahrer selbst kann während seiner Tretbewegungen auf einem Sattel 30 sitzen und sich an einem Lenker 32 zur Steuerung des Fahrrades 2 festhalten.
  • Um den Fahrer beim Antrieb des Fahrrades 2 zu unterstützen ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung der Hilfsantrieb 4 vorgesehen. Dieser wird aus einer elektrischen Energiequelle 34 mit der notwendigen Hilfsenergie versorgt und soll in Abhängigkeit des Fahrerwunschs des Fahrers zugeschaltet werden. Ein derartiger Hilfsantrieb 4 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 087 544 A1 bekannt, wobei Fahrräder mit derartigen Hilfsantrieben auch Pedelecs genannt werden. Weitere Informationen zu Pedelecs lassen sich in der zuvor genannten Druckschrift finden.
  • Der Hilfsantrieb 4 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung als Unterstützung für den Fahrer des Fahrrades 2 vorgesehen und soll das Tretmoment 36 des Fahrers mit einem in 2 angedeuteten Hilfsmoment 54 derart unterstützen, dass ein Tretzyklus auf die Tretlagerwelle 16 dem Runden Tritt folgt. Dazu ist es notwendig, das auf die Tretlagerwelle 16 wirkende und in 2 angedeutete Gesamtdrehmoment 37 zu erfassen, das zur Umsetzung eines Tretzyklus gemäß dem Runden Tritt über den Hilfsmotor 4 konstant gehalten werden sollte.
  • Bevor auf die Erzeugung des Tretzyklus gemäß dem Runden Tritt näher eingegangen wird, soll zunächst basierend auf 2 die Erfassung des auf die Tretlagerwelle 16 wirkenden Gesamtdrehmoments erläutert werden. Voraussetzung für die vorliegende Ausführungsform ist, dass
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist die Tretlagerwelle 16 zweiteilig aus einem Innenwellenelement 38 und einem tordierbaren Hohlwellenelement 40 aufgebaut, wobei das Innenwellenelement 38 konzentrisch in dem Hohlwellenelement 40 gehalten ist. Dabei sind das Innenwellenelement 38 und das Hohlwellenelement 40 an einem ersten Wellenabschnitt 42 drehfest miteinander verbunden.
  • Die Tretlagerwelle 16 ist am Hohlwellenelement 40 über Wälzelemente 44 in einer ersten Lagerschale 46 und in einer zweiten Lagerschalte 48 um eine Rotationsachse 50 drehbar gehalten. Dabei ist radial auf die Lagerschalen 46, 48 ein Tretlagergehäuse 51 zum Schutz der Tretlagerwelle 16 aufgesetzt. Dabei sind die beiden Kurbelarme 18, 20 jeweils axial beabstandet zu den Lagerschalen 46, 48 angeordnet, wobei durch die Kurbelarme 18, 20 Befestigungsbohrungen 50 geführt sind, um die Pedale 22, 24 zu befestigen.
  • Das Kettenblatt 14 wird über einen zweiten Wellenabschnitt 52 gehalten.
  • Tritt der Fahrer die Pedale 22, 24 dann wird das Hohlwellenelement 40 aufgrund des angelegten Tretmomentes 36 und der Trägheit des Fahrrades 2 zwischen dem ersten Wellenabschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 tordiert. Je größer das angelegte Tretmoment 36 ist, desto mehr Kraft bringt der Fahrer 2 des Fahrrades 2 auf, um die Geschwindigkeit des Fahrrades 2 zu erhöhen, ohne dass sich jedoch der gewünschte Erfolg einstellt – so wie beispielsweise an einem sehr steilen Berg, an dem der notwenige Kraftaufwand durch den Fahrer selbst bei geringen Steigungen sehr hoch ist.
  • Hier könnte der Hilfsantrieb 4 eingreifen und das Fahrrad 2 mit einem Hilfsdrehmoment 54 antreiben. Auf diese Weise wird das vom Fahrer aufgebrachte Tretmoment 36 mit dem Hilfsdrehmoment 54 zu einem Summendrehmoment 55 überlagert, wodurch das vom Fahrer aufzubringende Tretmoment 36 reduziert wird. In 2 greift der Hilfsantrieb 4 der Übersichtlichkeit halber schematisch dargestellt an die Tretlagerwelle 16 an. Der Hilfsantrieb 4 könnte aber an jeder beliebigen Stelle im Antrieb des Fahrrades 2 angreifen.
  • Zur Bestimmung des anzulegenden Hilfsdrehmomentes 54 könnte das an die Tretlagerwelle 16 angelegte Summendrehmoment 55 erfasst werden, das im Rahmen der vorliegenden Ausführung basierend auf einem Differenzwinkel zwischen dem ersten Wellenanschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 gemessen wird. Ist dieser Differenzwinkel bekannt, ist das angelegte Tretmoment 36 über die Materialkenngrößen des Hohlwellenelements 40 ableitbar.
  • Der Differenzwinkel wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einem Messaufnehmer erfasst, das als magnetfeld-empfindliches Sensorelement 56, wie beispielsweise ein Hall-Sensorelement oder ein magnetoresistives Sensorelement ausgebildet ist. Das magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 erfasst ein sich in Umfangsichtung der Tretlagerwelle 16 erstreckendes Geberfeld in Form eines Gebermagnetfeldes, das von einem über eine Hülse 59 ortsfest zum ersten Wellenabschnitt 42 befestigten Geber in Form eines als Encoderring aufgebauten Gebermagneten 60 erregt wird.
  • Das Gebermagnetfeld wird von einem ortsfest zum zweiten Wellenabschnitt 52 angeordneten Leitelement 62 aufgefangen, durch das magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 geleitet und zum Gebermagneten 60 zurückgeführt. Die Höhe des vom Leitelement 62 zum magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 56 geleiteten Gebermagnetfeldes hängt dabei in einer in der WO 02 / 071019 A1 beschriebenen Weise vom Differenzwinkel zwischen dem ersten Wellenabschnitt 52 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 ab. Daher kann aus dem vom magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 56 erfassten Gebermagnetfeld 58 unmittelbar der Differenzwinkel abgeleitet und über ein Signalkabel als vom zu erfassenden Summendrehmoment 55 abhängiges Differenzwinkelsignal 64 ausgegeben werden.
  • Neben dem Differenzwinkelsignal 64 und damit dem Summendrehmoment 55 kann im Rahmen der vorliegenden Ausführung basierend auf dem Gebermagnetfeld des Gebermagneten 60 zusätzlich noch die Drehwinkelstellung der Tretlagerwelle 16 erfasst werden. Dazu ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung ein weiteres magnetempfindliches Sensorelement 66 angeordnet, das ein von der Drehwinkelstellung der Tretlagerwelle 16 abhängiges Winkelpositionssignal 68 ausgeben kann. Dieses Winkelpositionssignal 68 kann beispielsweise in der gleichen Weise erzeugt werden, wie in der DE 10 2012 204 141 A1 .
  • Es wird auf 3 Bezug genommen, die einen Regelkreis 72 mit dem Tretlager 12 als Regelstrecke zeigt.
  • Ziel des Regelkreises 72 ist es, das vom Fahrer des Fahrrades 2 an das Tretlager 12 angelegte Tretmoment 36 mit dem Hilfsdrehmoment 54 derart zu überlagern, dass das Summendrehmoment 55 über den Drehwinkel der Tretlagerwelle 16 und damit über den Verlauf des Winkelpositionssignals 68 gesehen eine vorbestimmte Bedingung 73 erfüllt. Diese vorbestimmte Bedingung 73 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung so gewählt, dass das Summendrehmoment 55 über den Drehwinkel der Tretlagerwelle 16 in einem stationären Belastungszustand gesehen konstant bleibt. Unter einem stationären Belastungszustand soll dabei im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Zustand verstanden werden, in dem der Fahrer mit dem Fahrrad 2 bei einer konstanten Geschwindigkeit auf einem Untergrund mit konstantem Steigungsverlauf fährt, so dass der Fahrer in diesem Zustand ohne das Hilfsdrehmoment 54 stets ein konstantes Tretmoment 36 aufbringen müsste, um die Geschwindigkeit des Fahrrades 2 aufrechtzuerhalten.
  • Um das Summendrehmoment 55 gemäß der vorbestimmten Bedingung im stationären Belastungszustand des Fahrrades 2 konstant zu halten, wird das Summendrehmoment 55 in einem Subtrahierer 76 der vorbestimmten Bedingung gegenübergestellt, die im Rahmen der vorliegenden Ausführung ein Sollmoment sein kann. Dieses Sollmoment 73 folgt direkt aus dem Winkelpositionssignal 68 und kann beispielsweise im Rahmen einer Kennlinie 75 aus dem Winkelpositionssignal 68 bestimmt werden. Weicht das Summendrehmomentes 55 vom Sollmoment 73 ab, so dass sich eine Regeldifferenz 77 von ungleich Null ergibt, dann kann mit einem an sich bekannten Regler 78 beliebiger Bauart ein geeignetes Ansteuersignal 79 für den Hilfsantrieb 4 erzeugt werden, der dann wiederum das Hilfsdrehmoment erzeugt, um die Regeldifferenz 77 zurück zu Null zu führen und die vorbestimmte Bedingung 73 und damit das Sollmoment 73 zu erfüllen.
  • 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 Patentliteratur
    • DE 102011109441 A1 [0002]
    • DE 102011087544 A1 [0030]
    • WO 02/071019 A1 [0040]
    • DE 102012204141 A1 [0041]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrrades (2) beim Tretantrieb über eine Tretlagerwelle (16) eines am Fahrrad (2) vorhandenen Tretlagers (12), umfassend: – Erfassen eines durch den Fahrer des Fahrrades (2) auf die Tretlagerwelle (16) aufgebrachten Tretmomentes (34) über einen Drehwinkel (68) der Tretlagerwelle (16), und – Ausgeben eines Hilfssignals (79), wenn eine Gegenüberstellung (74) des Tretmoments (36) und des Drehwinkels (68) von einer vorbestimmten Bedingung (73) abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Schwankung des Tretmoments (36) über den Drehwinkel (68) im Rahmen der vorbestimmten Bedingung (73) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: – Überlagern des Tretmoments (36) mit einem Hilfsmoment (54), basierend auf dem Hilfssignal (79).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend: – Generieren des Hilfsmoments (54) derart, dass eine Gegenüberstellung (74) eines Summendrehmomentes (55) aus dem Tretmoment (36) und dem Hilfsmoment (54) und des Drehwinkels (68) die vorbestimmte Bedingung (73) erfüllt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend: – Vorsteuern des generierten Hilfsmomentes (54) basierend auf einer Schätzung des Verlaufs des Tretmoments (34) über den Drehwinkel (68).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, umfassend: – Vermeiden einer Überlagerung mit dem Hilfsmoment (54), wenn die Gegenüberstellung (74) des Tretmoments (36) und des Drehwinkels (68) eine weitere vorbestimmte Bedingung erfüllt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die weitere vorbestimmte Bedingung von einem Beschleunigungswunsch und/oder einem Bremswunsch des Fahrers abhängig ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: – Ausgeben eines Hinweises an den Fahrer basierend auf dem Hilfssignal (54).
  9. Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  10. Fahrrad (2) umfassend: – einen Rahmen (6), der über wenigstens ein Rad (10) auf einem Untergrund (11) bewegbar gehalten ist, – ein Tretlager (12) mit einer Tretlagerwelle (16) zum Antrieb des Rades (10) basierend auf einem vom Fahrer aufgebrachten Tretmoment (36), und – eine Steuervorrichtung nach Anspruch 9.
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