DE102015120224A1

DE102015120224A1 - Elektrofahrrad mit pedalkraftbasiertem Vortriebssystem

Info

Publication number: DE102015120224A1
Application number: DE102015120224.7A
Authority: DE
Inventors: Steven L. Hayslett; Goro Tamai; Shawn H. Swales
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105667694A; US20160159431A1

Abstract

Eine Anzahl von Varianten kann ein Elektrofahrrad mit einem pedalkraftbasierten Vortriebssystem umfassen, das zulässt, dass der Fahrer unter Verwendung von Fußpedalen intuitive Eingabebefehle tätigen kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das Gebiet, das diese Offenbarung allgemein betrifft, umfasst Elektrofahrzeuge mit pedalkraftbasierten Vortriebssystemen.
ZUSAMMENFASSUNG VERANSCHAULICHENDER VARIANTEN
Eine Anzahl von Varianten kann ein Elektrofahrrad mit einem pedalkraftbasierten Vortriebssystem umfassen, das zulässt, dass der Fahrer unter Verwendung von Fußpedalen intuitive Eingangsbefehle tätigen kann.
Andere veranschaulichende Varianten innerhalb des Umfangs der Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und die besonderen Beispiele, obgleich sie Varianten innerhalb des Umfangs der Erfindung offenbaren, lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen sind, und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausgewählte Beispiele von Varianten innerhalb des Umfangs der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, wobei:
1 ist eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads gemäß einer Anzahl von Varianten.
2A ist eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Mechanismus zur Verwendung in einem pedalkraftbasierten Vortriebssystem, wobei der Mechanismus eine Mehrzahl von Ansätzen in einer zurückgezogenen Position umfasst und derart aufgebaut und eingerichtet ist, dass er eine freie Bewegung der Fahrradpedalkurbel in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zulässt, gemäß einer Anzahl von Varianten.
2B ist eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Mechanismus, wie er in 2A gezeigt ist, aber mit einer Mehrzahl von Ansätzen in einer aufgerichteten Position, um den Mechanismus zu sperren, wobei eine Drehbewegung der Elektrofahrradkurbel verhindert wird, gemäß einer Anzahl von Varianten.
2C ist eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Mechanismus, wie er in 2A gezeigt ist, wobei aber einer der Ansätze in einer aufgerichteten Position ist und der andere Ansatz in einer nach niedergelegten Position ist, um eine Drehung des Kurbelmechanismus des Elektrofahrrads nur in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zuzulassen, gemäß einer Anzahl von Varianten.
2D ist eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Mechanismus, wie er in 2A gezeigt ist, wobei aber einer der Ansätze in der aufgerichteten Position ist und der andere Ansatz in der nach niedergelegten Position ist, um eine Drehung des Elektrofahrrads nur in einer Richtung im Uhrzeigersinn zuzulassen, gemäß einer Anzahl von Varianten.
3 ist eine schematische Darstellung einer allgemeinen Anordnung für ein Elektrofahrrad gemäß einer Anzahl von Varianten.
4 ist eine schematische Darstellung eines Betriebsmodus eines Elektrofahrrads, wobei der mechanische Mechanismus aufgebaut und eingerichtet ist, so dass die Kurbelpedale von dem Elektroantriebsstrang getrennt sind, und derart, dass ein Fahrer Kraft auf den Kettenring aufbringen kann, aber keine Kraft von entweder dem Elektromotor/Generator oder dem Rad aufnehmen kann, gemäß einer Anzahl von Varianten.
5 ist eine schematische Darstellung eines ersten Betriebszustandes eines pedalkraftbasierten Vortriebssystems für ein Elektrofahrrad gemäß einer Anzahl von Varianten.
6 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Betriebszustandes eines pedalkraftbasierten Vortriebssystems für ein Elektrofahrrad gemäß einer Anzahl von Varianten.
7 ist eine schematische Darstellung eines dritten Betriebszustandes eines pedalkraftbasierten Vortriebssystems für ein Elektrofahrrad gemäß einer Anzahl von Varianten.
8 ist ein Schaubild von drei unterschiedlichen Zuständen, Betriebsmodi, Status E1 und Status E2, gemäß einer Anzahl von Varianten.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN VARIANTEN
Die folgende Beschreibung der Varianten ist lediglich beispielhafter Natur und soll dem Umfang der Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen in keiner Weise einschränken.
1 veranschaulicht eine Anzahl von Varianten, die ein Elektrofahrrad 10 umfassen können. Das Elektrofahrrad 10 kann ein pedalkraftbasiertes Vortriebssystem aufweisen, das zulässt, dass der Fahrer unter Verwendung von Fußpedalen intuitive Eingangsbefehle tätigen kann. Die Eingangsbefehle sind für den Fahrer intuitiv und ähnlich einem Fahren eines unmotorisierten Zweirades, wobei der Fahrer eine Kraft auf eine Fahrradkurbel in der Richtung im Uhrzeigersinn ausübt, indem er Kraft auf ein in Vorwärtsrichtung positioniertes Fußpedal ausübt, um das Zweirad in einer Vorwärtsrichtung zu bewegen, und der Fahrer eine Kraft in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn auf die Fahrradkurbel ausübt, indem er Kraft auf ein rückwärts positioniertes Fußpedal ausübt, um das Zweirad zu verlangsamen.
Eine Bezugnahme hierin auf im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn wird mit Bezug auf die rechte Seite des Fahrrads vorgenommen, wobei ein Bediener in die Vorwärtsbewegungsrichtung des Elektrofahrrads gewandt ist.
Das Elektrofahrrad 10 kann einen mechanischen Mechanismus 26 umfassen, der selektiv aufgebaut und eingerichtet ist, um zumindest eines vorzusehen von: (1) die freie Drehung der ersten und zweiten Pedalbaugruppe in Richtungen sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigerrichtung; (2) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe und Verhindern einer Drehung in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (3) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Bewegung in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindert wird und eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zugelassen wird; oder (4) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird, aber eine Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn zugelassen wird. Das Elektrofahrrad 10 kann ein Mittel zum Messen des auf die Pedalbaugruppen aufgebrachten Drehmoments umfassen, um Betriebsabläufe von einem Elektromotor/Generator und/oder einem Regenerationsbremssystem zu steuern.
Das Elektrofahrrad 10, das selektiv aufgebaut und eingerichtet sein kann, um zumindest eine der folgenden Zustandsfunktionen vorzusehen: (A) Funktion Unterstützung, wobei das Drehmoment (und optional die Drehzahl und Richtung der Kurbel) detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment (und optional die Drehzahl und Richtung der Kurbel) eine Unterstützung bei der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist und der Fahrer die Pedale des Elektrofahrzeugs nicht dreht; (C) elektronischer Roller mit Rekuperationsbremsen; (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung im Uhrzeigersinn der Kurbel gesperrt ist und wobei das Drehmoment, das auf ein vorwärts gerichtetes Pedal durch den Fahrer ausgeübt wird, detektiert wird und als Drosseleingang in den Motor/Generator verwendet wird; (E) Funktion Rollen mit Rücktriebssperre; oder (F) Tretmodus ohne Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre oder Sperren des Hinterrades bei Rückwärtsbewegung drehen kann.
Das Elektrofahrrad 10 kann ein Zweirad-, Dreirad- oder Vierrad-Elektrofahrrad sein, das eine Kurbelbaugruppe 8 aufweist, die aufgebaut und eingerichtet ist, um zuzulassen, dass ein Fahrer eine Eingabe darin unter Verwendung einer ersten Pedalbaugruppe 16 und einer zweiten Pedalbaugruppe 18 tätigen kann.
In einer jeden einer Anzahl von Varianten kann ein Elektrofahrrad 10 einen Elektromotor/Generator 12 umfassen, der verwendet werden kann, um das Elektrofahrrad 10 vorwärts voranzutreiben und um aus einem Motorbremsen Elektrizität zu erzeugen. In einer jeden einer Anzahl von Varianten kann der Elektromotor/Generator 12 durch irgendeinen von einer Anzahl von Typen von Batteriebaugruppen 14 beaufschlagt werden.
In einer jeden einer Anzahl von Varianten kann ein Motor/Generator 12 an dem Elektrofahrrad 10 benachbart zu den Pedalbaugruppen 16, 18, dem Kettenring 20 (oder Riemenring) und/oder der Kurbel 22 angebracht sein. Die Platzierung des Motors/Generators 12 in diesem Bereich kann zusätzlichen Bauraum in dem Motor/Generator bereitstellen, so dass der Motor/Generator mit zusätzlichen Antriebsstrangkomponenten integriert sein kann, die eine oder mehrere Batteriebaugruppe 14, internen Nabenzahnräder, Überholzahnräder, ein umlaufrollenbasiertes stufenloses Getriebe (CVT) und/oder andere Steuerelektronik 24, die vorgesehen sein können, umfassen kann, aber nicht darauf beschränkt ist. Der Motor/Generator 12 kann die konstruktive Integrität und den Wirkungsgrad des Elektrofahrrads 10 erhöhen und/oder das Gewicht des Elektrofahrrads 10 verringern. Der Motor/Generator 10 kann irgendeinen von einer Anzahl von Typen von Motoren/Generatoren umfassen, die eine Permanentmagnet-Wechselstrommaschine, entweder Oberflächen montiert oder interner Permanentmagnetrotor, umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. In einer Anzahl von Varianten kann ein bürstenloser Innenlaufring-Motor/Generator einen Stator und einen Rotor umfassen.
In einer jeden einer Anzahl von Varianten kann der Motor/Generator 10 an dem Fahrradrahmen 34 angebracht sein. In einer Variante kann der Fahrradrahmen 32 ein oberes Rohr 36 umfassen, das mit einem Sitzrohr 38 verbunden ist. Lenkstangen 40 können an dem oberen Rohr 36 angebracht sein, und die Lenkstangen 40 können funktional mit einem Vorderrad 12 mittels einer Radgabel 41 verbunden sein. Steuerhebel 44 können in den Lenkstangen 40 vorgesehen sein und können aufgebaut und eingerichtet sein, um mit elektronischen Steuereinrichtungen 24, dem mechanischen Mechanismus 26 und/oder dem Motor/Generator 12 zu kommunizieren. Die elektronischen Steuereinrichtungen 24 können elektronische Verarbeitungskomponenten umfassen, um Eingangssignale zu empfangen und Signale auszusenden, um verschiedene Komponenten des Fahrrads zu steuern, was ein Senden von Ausgangssignalen umfassen kann, um den Betrieb des Elektromotors/Generators 12 zu steuern. In einer Anzahl von Varianten können die elektronischen Steuereinrichtungen 12 Speicher, einen Prozessor und Software und/oder Hardware umfassen, um Eingangssignale zu verarbeiten und Ausgangssignale zu erzeugen, und können Formeln, eine Nachschlagetabelle oder andere Mittel zum Vergleichen und Verarbeiten von Daten umfassen. Gegebenenfalls kann auch ein Bremshebel 46 an den Lenkstangen 40 vorgesehen sein. Der Kurbelmechanismus 8 kann eine Kurbelwelle 22 umfassen, die eine damit verbundene erste Pedalbaugruppe 16 und zweite Pedalbaugruppe 18 aufweist. Die erste Pedalbaugruppe 16 kann ein erstes Fußpedal 17 umfassen, und die zweite Pedalbaugruppe 18 kann ein zweites Fußpedal 19 umfassen. Ein mechanischer Mechanismus 26 kann in der Kurbelbaugruppe 8 vorgesehen sein, wie es nachstehend beschrieben wird. Ein Kettenring oder Kettenrad 20 kann funktional mit der Kurbel 22 zum Antreiben einer Kette 28 verbunden sein, die funktional mit einem hinteren Kettenrad 30 eines Hinterrades 32 verbunden ist.
Der mechanische Mechanismus 26 kann von irgendeinem Typ sein, der geeignet ist, um zumindest eines von Folgendem vorzusehen: (1) Zulassen einer freien Drehung der ersten und zweiten Pedalbaugruppe 16, 18 in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (2) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe 16, 18 und Verhindern einer Drehung in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (3) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe 16, 18, wobei eine Bewegung in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindert wird und eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zugelassen wird; oder (4) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe 16, 18, wobei eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird, aber eine Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn zugelassen wird.
Eine Anzahl von Varianten ist in den 2A–2D veranschaulicht, wobei der mechanische Mechanismus 26 eine Grundplatte 52 umfassen kann, die eine Mehrzahl von Ansätzen 54, 55 aufweist (erste Ansätze 54 und zweiter Ansatz 55, oder erster Satz Ansätze 54 und zweiter Satz Ansätze 55), die schwenkbar damit verbunden sind. Eine Feder 50 kann für jeden Ansatz 54, 55 vorgesehen sein. Die Feder 50 kann mit einem Ansatz 54, 55 und mit der Grundplatte 52 verbunden sein, um den Ansatz 54, 55 in einer Richtung vorzuspannen. Es kann ein Solenoid oder Servo vorgesehen sein, das einen Schaft oder Kolben 53 aufweist, der selektiv aus einer darüber liegenden Position mit Bezug auf einen der Ansätze 54, 55 herausbewegt werden kann, so dass die Feder 50 diesen Ansatz 54, 55 nach oben vorspannt und der Ansatz 54, 55 mit einer Schulter 60 des Deckels 52 in Eingriff gelangt. Der mechanische Mechanismus 26 kann einen Deckel 56 zur Lage über der Grundplatte 52 umfassen. Der Deckel kann funktional mit der Kurbel 22 verbunden sein. Der Deckel 56 kann eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Ausnehmungen 58 aufweisen, die durch Merkmale in dem Deckel 56 definiert sind, so dass eine jede der Mehrzahl von Ausnehmungen 58 zum Teil durch eine Schulter 60 definiert ist, gegen die die Ansätze 54, 55 sperren und eine Drehung des Deckels 56 in einer Richtung und/oder der anderen Richtung verhindern können. Der Deckel 56 kann funktional an die Kurbel 22 angebunden sein, um eine Drehung derselben zuzulassen oder zu verhindern. Der mechanische Mechanismus 26 kann in einer Anzahl von Varianten servogesteuert sein, wobei bewirkt wird, dass die Ansätze 54, 55 sich in oder aus einer sperrenden Position mit Bezug auf die Schulter 60 der in des Deckels 56 gebildeten Ausnehmungen 58 bewegen.
2A ist eine schematische Darstellung, die einen mechanischen Mechanismus 26 zeigt, wobei sich die Ansätze 54, 55 in einer zurückgezogenen Position mit Bezug auf die Grundplatte 52 befinden, so dass der Deckel 56, der an die Kurbel 22 angebunden ist, frei ist, um in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn zu rotieren.
2B ist eine schematische Darstellung eines mechanischen Mechanismus 26, wobei der erste Ansatz (oder der erste Satz Ansätze 54) in einer erhöhten Position ist, so dass sie mit einer Schulter 60 in Eingriff stehen, die in dem Deckel 56 gebildet ist, der an die Kurbel 22 angebunden ist, wodurch eine Bewegung des Deckels 56 und der Kurbel 22 in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird.
2C ist eine schematische Darstellung eines mechanischen Mechanismus 26, wobei der zweite Ansatz 55 (oder der zweite Satz Ansätze 55) in einer erhöhten Position mit Bezug auf die Grundplatte 52 ist und so dass der Ansatz 55 mit einer Schulter 60 in Eingriff steht, die in dem Deckel 56 gebildet ist, wobei eine Bewegung des Deckels 56 und der Kurbel 22 im Uhrzeigersinn verhindert wird. Jedoch befindet sich der erste Ansatz 54 (oder der erste Satz Ansätze 54) in einer zurückgezogenen Position mit Bezug auf die Grundplatte 52 und steht nicht mit einer Schulter 60 in Eingriff und lässt somit eine Bewegung des Deckels 56 und der daran angebundenen Kurbel 22 im Gegenuhrzeigersinn zu.
2D ist eine schematische Darstellung eines mechanischen Mechanismus 26, wobei der erste Ansatz 54 (oder der erste Satz Ansätze 54) sich in einer erhöhten Position mit Bezug auf die Grundplatte 52 befindet und derart, dass der erste Ansatz 54 mit einer Schulter des Deckels 56 in Eingriff steht, wobei eine Bewegung des Deckels 56 und der daran angebundenen Kurbel 22 im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird. Jedoch befindet sich der zweite Ansatz 55 (oder der zweite Ansatzsatz) in einer zurückgezogenen Position mit Bezug auf die Grundplatte 52 und steht nicht mit einer Schulter 60 des Deckels in Eingriff, wodurch eine Drehung des Deckels 56 und der daran angebundenen Kurbel 22 im Uhrzeigersinn verhindert wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer allgemeinen Anordnung für ein Elektrofahrrad 10 gemäß einer Anzahl von Varianten. In der durch 3 veranschaulichten Anordnung sind die Pedalbaugruppen 16, 18 mit der Kurbel 22 verbunden. Bei dieser Anordnung trennt eine Kupplungsbaugruppe E1 die Pedalbaugruppen 16, 18 von dem Elektroantriebsstrang und dem Elektromotor/Generator 12, lässt aber zu, dass der Fahrer Kraft in den Kettenring 20 eingeben kann aber nicht Kraft von entweder dem Motor/Generator 12 oder dem Rad aufnimmt. Es kann ein Zahnradsatz vorgesehen sein, wobei ein Planetenradsatz 10 durch einen Motor 12 angetrieben sein kann, ein Planetenträger oder Zahnrad 15 an den Kettenring 20 des Fahrrads angebunden ist, und ein Hohlrad 12 festgelegt ist. Ein derartiger Zahnradsatz führt zu einer Zunahme des Drehmoments zwischen dem Eingang und Ausgang des Planetenradsatzes und auch zu einer Reduktion der Drehzahl. Eine Drehung erfolgt im Allgemeinen direkt zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Es kann ein Drehmomentsensor 62 vorgesehen sein und in einer Variante ein Rohr 64 umfassen, das funktional mit der Kurbel 22 verbunden ist, so dass die Verdrehung des Rohrs 64 gemessen werden kann und das Drehmoment, die Drehzahl und die Drehrichtung der Kurbel 22 angibt. Gegebenenfalls können andere Sensoren enthalten sein, zum Beispiel der Kurbeldrehzahlsensor, ein Kurbelpositionssensor oder Kurbelbewegungsrichtungssensor, aber nicht darauf beschränkt. Der Fahrer kann die Kupplung E2 zum Beispiel unter Verwendung eines Steuerhebels 44, der sich an den Lenkstangen 40 befinden kann, einrücken und ausrücken. E2 kann verwendet werden, um jede Drehrichtung zu öffnen und zu schließen. Wenn die Pedale in beiden Richtungen gesperrt sind, werden Eingänge auf die Pedale durch den Sensor 62 erfasst, und der Motor 12 kann Druck auf den Kettenring (Kettenrad) 20 ausüben, wobei E1 überholt wird. Die 4–7 veranschaulichen unterschiedliche Betriebsabläufe von E2.
Dieser Betriebsmodus, der in 4 veranschaulicht ist, sorgt für die folgenden Zustandsfunktionen: (A) Funktion Unterstützung, wobei das Drehmoment, die Drehzahl und die Richtung der Kurbel detektiert werden und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl und die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung bei der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist und der Fahrer die Pedale des Elektrofahrrads nicht dreht; (C) elektronisches Rollen mit Rekuperationsbremsen (oder Energierückgewinnung); (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung der Kurbel im Uhrzeigersinn gesperrt ist und wobei die Kraft, die durch den Fahrer auf ein vorwärts gerichtetes Pedal ausgeübt wird, detektiert wird und als ein Drosseleingang in den Motor/Generator verwendet wird; und (F) Tretmodus mit Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre drehen kann.
5 veranschaulicht einen anderen Betriebsmodus des Elektrofahrrads 10 gemäß einer Anzahl von Varianten. In den durch 5 veranschaulichten Betriebsmodus sind die Pedalbaugruppen 16, 18 in einer horizontalen Position gesperrt, und der mechanische Mechanismus 26 verhindert eine Drehung der Kurbel 22 im Gegenuhrzeigersinn und sorgt dafür, dass ein Rekuperationsbremsbefehl durch die Gegenpedalkraft (im Gegenuhrzeigersinn), die auf eine der Pedalbaugruppen 16, 18 ausgeübt wird, gesendet wird. Der Drehmoment-, Drehzahl- und Richtungssensor 62 wird dazu verwendet, Rekuperationsbremsdrehmoment des Motors/Generators 10 zu modulieren, während das Elektrofahrrad sich in einem Rollerbremsmodus befindet. Der Drehmoment-, Drehzahl- und Richtungssensor 62 wird auch dazu verwendet, Motorantriebsdrehmoment des Motors/Generators 10 in einem Tretmodus zu modulieren. Dieser Betriebsmodus, der in 5 veranschaulicht ist, sorgt für folgende Zustandsfunktionen: (A) Funktion Unterstützung, wobei das Drehmoment, die Drehzahl und die Richtung der Kurbel detektiert werden und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl und die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist, wenn der Fahrer die Pedale des Elektrofahrrads nicht dreht; und (C) elektronischer Roller mit Rekuperationsbremsen.
6 veranschaulicht einen anderen Betriebsmodus des Elektrofahrrads gemäß einer Anzahl von Varianten. In dem durch 6 veranschaulichten Betriebsmodus sind die Pedalbaugruppen 16, 18 in einer horizontalen Position gesperrt, um ein Treten sowohl vorwärts als auch rückwärts zu verhindern. Der Drehmomentsensor (und/oder optional ein Drehzahl- und Richtungssensor) kann verwendet werden, um sowohl Motordrossel- als auch Rekuperationsbremsbefehle auf eine Weise zu liefern, die für den Fahrer intuitiv ist. Wenn der Fahrer Kraft im Uhrzeigersinn auf eine der Pedalbaugruppen 16, 18 ausübt, wird das Drehmoment als ein Drosselbefehl für den Motor/Generator 12 verwendet. Wenn eine Kraft im Gegenuhrzeigersinn auf eine der Pedalbaugruppen 16, 18 ausgeübt wird, wird auf der Basis des von dem Fahrer ausgeübten Drehmoments ein Rekuperationsbremsbefehl auf den Motor/Generator 12 aufgebracht. Elektrizität, die durch den Motorbremsbetrieb erzeugt wird, kann in der Batteriebaugruppe 14 gespeichert werden. Dieser Betriebsmodus, der durch 6 veranschaulicht ist, sorgt für die folgenden Zustandsfunktionen: (C) Elektronischer Roller mit regenerativem Bremsen; (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung der Kurbel im Uhrzeigersinn gesperrt ist und wobei die Kraft, die durch den Fahrer auf ein vorwärts gerichtetes Pedal ausgeübt wird, detektiert und als Drosseleingang für den Motor/Generator verwendet wird.
7 veranschaulicht einen anderen Betriebsmodus des Elektrofahrrads gemäß einer Anzahl von Varianten. In dem durch 7 veranschaulichten Betriebsmodus drehen die Pedalbaugruppen 16, 18 die Kurbel 22. Es wird ein Vorwärts- und Rückwärtstreten (Freilauf) zugelassen. Dieser Betriebsmodus, der durch 7 veranschaulicht ist, sorgt für die folgenden Zustandsfunktionen: (A) Funktion Unterstützung, wobei das Drehmoment, die Drehzahl und die Richtung der Kurbel detektiert werden und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl und die detektierte Richtung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator eine Unterstützung beim Drehen der Kurbel vorgesehen wird; und (F) Tretmodus ohne Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre drehen kann.
8 ist ein Schaubild von drei unterschiedlichen Zuständen (Zustände 1–3) für ein Elektrofahrrad, um Betriebsmodi A–F zu erreichen, und identifiziert die Betriebsbedingungen für E1 und E2 gemäß einer Anzahl von Varianten.
Die folgende Beschreibung von Varianten ist lediglich veranschaulichend für Komponenten, Bauteile, Handlungen, Produkte und Verfahren, die als im Umfang der Erfindung liegend angesehen werden, und sollen in keiner Weise einen solchen Umfang durch das Einschränken, das speziell offenbart und nicht ausdrücklich ausgeführt ist. Die Komponenten, Bauteile, Handlungen, Produkte und Verfahren, wie sie hierin beschrieben sind, können anders als hierin ausdrücklich beschrieben, kombiniert oder umgeordnet werden und sind dennoch als im Umfang der Erfindung liegend anzusehen.
Variante 1 kann ein Elektrofahrrad mit einem pedalkraftbasierten Vortriebssystem umfassen, das zulässt, dass der Fahrer unter Verwendung von Fußpedalen intuitive Eingangsbefehle tätigen kann, wobei der Fahrer eine Kraft im Uhrzeigersinn auf eine Kurbel des Elektrofahrrads ausübt, indem er eine Kraft auf ein vorwärts positioniertes Fußpedal einer Pedalbaugruppe ausübt, um das Elektrofahrrad in einer Vorwärtsrichtung zu bewegen, und der Fahrer eine Kraft auf die Kurbel im Gegenuhrzeigersinn ausübt, indem er eine Kraft auf ein rückwärts positioniertes Fußpedal der Pedalbaugruppe ausübt, um das Elektrofahrrad zu verlangsamen.
Variante 2 kann ein Elektrofahrrad wie in Variante 1 ausgeführt umfassen, welches ein Mittel zum Messen des auf die Kurbel des Elektrofahrrads ausgeübten Drehmoments umfasst, um Betriebsabläufe des Elektromotors/Generators zu steuern und somit das Fahrrad vorwärts zu bewegen, oder für ein Rekuperationsbremsen.
Variante 3 kann ein Elektrofahrrad umfassen, das eine Kurbelbaugruppe umfasst, die einen mechanischen Mechanismus enthält, der aufgebaut und eingerichtet ist, um selektiv zumindest eines vorzusehen von: die freie Drehung der ersten und zweiten Pedalbaugruppe des Elektrofahrrads in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugrupp des Elektrofahrrads, um eine Drehung in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn zu verhindern; Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe des Elektrofahrrads, um eine Bewegung in der Richtung im Uhrzeigersinn zu verhindern, aber eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zuzulassen; oder Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe des Elektrofahrrads, um eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zu verhindern, aber eine Drehung die in der Richtung im Uhrzeigersinn zuzulassen.
Variante 4 kann ein Elektrofahrrad wie in Variante 3 ausgeführt umfassen, welches ferner ein Mittel zum Messen des auf die Kurbel des Elektrofahrrads ausgeübten Drehmoments umfasst, um Betriebsabläufe des Elektromotors/Generators zu steuern, und somit das Fahrrad vorwärts zu bewegen oder für ein Rekuperationsbremsen.
Variante 5 kann einen Elektrozweiradantriebstrang umfassen, der einen Planetenradsatz enthält, der ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger aufweist, wobei der Motor mit dem Sonnenrad verbunden ist, das Hohlrad mit einem Gehäuse verbunden ist, und ein Kettenrad mit dem Träger verbunden ist.
Variante 6 kann ein Elektrofahrrad umfassen, das einen mechanischen Mechanismus aufweist, der aufgebaut und eingerichtet ist, um selektiv für zumindest eine der folgenden Funktionen zu sorgen: (A) Funktion Unterstützung, wobei das zumindest eine von dem Drehmoment, der Drehzahl oder der Richtung der Kurbel detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl oder die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung der Drehung der Kurbelwelle durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist, und der Fahrer die Pedale des Elektrofahrrads nicht dreht; (C) elektronischer Roller mit Rekuperationsbremsen; (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn gesperrt ist, und wobei die Kraft, die auf ein vorwärts gerichtetes Pedal durch den Fahrer ausgeübt wird, detektiert wird und als ein Drosseleingang in den Motor/Generator verwendet wird; (E) Funktion Rollen mit hinterer Nabe; oder (F) Tretmodus ohne Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre oder Sperren des Hinterrades bei Rückwärtsbewegung drehen kann.
Variante 7 kann ein Elektrofahrrad umfassen, das einen Motor/Generator aufweist, der an einem Fahrradrahmen angebracht sein kann; einen Kurbelmechanismus, der eine Kurbelwelle mit einer damit verbundenen ersten Pedalbaugruppe und zweiten Pedalbaugruppe umfasst; wobei die erste Pedalbaugruppe ein erstes Fußpedal umfasst, und die zweite Pedalbaugruppe ein zweites Fußpedal umfasst; einen mechanischen Mechanismus, der mit der Kurbelbaugruppe verbunden ist; einen Kettenring oder ein Kettenrad, das funktional mit der Kurbel zum Antreiben einer Kette verbunden ist, die funktional mit einem hinteren Kettenrad eines Hinterrades verbunden ist; wobei der mechanische Mechanismus aufgebaut und eingerichtet ist, um zumindest eines von Folgendem zuzulassen: (1) die freie Drehung der ersten und zweiten Pedalbaugruppe in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (2) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe und Verhindern einer Drehung in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (3) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Bewegung in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindert wird und eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zugelassen wird; oder (4) Sperren der ersten und zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn verhindert, aber eine Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn zugelassen wird.
Variante 8 kann ein Elektrofahrrad wie in Variante 7 ausgeführt umfassen, wobei der mechanische Mechanismus eine Grundplatte umfasst, die eine Mehrzahl von Ansätzen aufweist, die schwenkbar damit verbunden sind, eine Feder, die mit einem der Ansätze und mit der Grundplatte verbunden ist, um selbige in einer Richtung vorzuspannen, einen Deckel zur Lage über der Grundplatte, wobei der Deckel funktional mit der Kurbel verbunden ist, wobei der Deckel eine Mehrzahl von darin gebildeten Ausnehmungen aufweist, die durch Merkmale in des Deckels definiert sind, so dass eine jede der Mehrzahl von Ausnehmungen zum Teil durch eine Schulter definiert ist, gegen einen der Ansätze sperrt und eine Drehung des Deckels in zumindest einer Richtung verhindert, wobei der Deckel funktional an die Kurbel angebunden ist, um eine Drehung derselben zuzulassen oder zu verhindern.
Variante 9 kann ein Elektrofahrrad wie in einer der Varianten 7–8 ausgeführt umfassen, wobei der mechanische Mechanismus servogesteuert oder manuell gesteuert ist, wobei bewirkt wird, dass sich die Ansätze in oder aus einer Sperrposition mit Bezug auf die Schulter der in dem Deckel gebildeten Ausnehmungen bewegen.
Variante 10 kann ein Elektrofahrrad wie in einer der Varianten 7–9 ausgeführt umfassen, welche ferner eine Freilaufkupplung umfasst, die mit dem Rahmen und der Kurbel verbunden ist, eine zweite Kupplung, die mit dem Kettenring oder Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (A) Funktion Unterstützung, wobei zumindest eines von dem Drehmoment, der Drehzahl oder der Richtung der Kurbel detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl oder die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung bei der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist und der Fahrer die Pedale des Elektrofahrrads nicht dreht; und (C) elektrischer Roller mit Rekuperationsbremsen.
Variante 11 kann ein Elektrofahrrad wie in einer der Varianten 7–10 ausgeführt umfassen, welches ferner eine Freilaufkupplung umfasst, die mit dem Rahmen und der Kurbel verbunden ist, eine zweite Kupplung, die mit dem Kettenring oder Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (C) elektrischer Roller mit Rekuperationsbremsen; und (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung der Kurbel im Uhrzeigersinn gesperrt ist, und wobei die Kraft, die auf ein vorwärts gerichtetes Pedal durch den Fahrer ausgeübt wird, detektiert wird und als Drosseleingang in den Motor/Generator verwendet wird.
Variante 12 kann ein Elektrofahrrad wie in einer der Varianten 7–11 ausgeführt umfassen, welche ferner eine zweite Kupplung umfasst, die mit dem Kettenring oder dem Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (A) Funktion Unterstützung, wobei zumindest eines von dem Drehmoment, der Drehzahl oder der Richtung der Kurbel detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl oder die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; und (F) Tretmodus mit Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre oder Sperren des Hinterrades bei Rückwärtsbewegung drehen kann.
Die obige Beschreibung von ausgewählten Varianten innerhalb des Umfangs der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen oder Varianten davon nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.

Claims

Elektrofahrrad, umfassend einen Motor/Generator, der an einem Fahrradrahmen angebracht ist; einen Kurbelmechanismus, der eine Kurbelwelle mit einer daran angebrachten ersten Pedalbaugruppe und zweiten Pedalbaugruppe umfasst; wobei die erste Pedalbaugruppe ein erstes Fußpedal umfasst und die zweite Pedalbaugruppe ein zweites Fußpedal umfasst; einen mechanischen Mechanismus, der mit der Kurbelbaugruppe verbunden ist; einen Kettenring oder ein vorderes Kettenrad, das funktional mit der Kurbel zum Antreiben einer Kette verbunden ist, die funktional mit einem hinteren Kettenrad eines Hinterrades verbunden ist; wobei der mechanische Mechanismus aufgebaut und eingerichtet ist, um zumindest eines von Folgendem zuzulassen: (1) die freie Drehung der ersten und zweiten Pedalbaugruppe in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (2) Sperren der ersten Pedalbaugruppe und der zweiten Pedalbaugruppe und Verhindern einer Drehung in der Richtung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn; (3) Sperren der ersten Pedalbaugruppe und der zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Bewegung in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindert wird und eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn zugelassen wird; oder (4) Sperren der ersten Pedalbaugruppe und der zweiten Pedalbaugruppe, wobei eine Drehung in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn verhindert aber eine Drehung im Uhrzeigersinn zugelassen wird.
Elektrofahrrad nach Anspruch 1, wobei der mechanische Mechanismus eine Grundplatte, die eine Mehrzahl von Ansätzen aufweist, die schwenkbar damit verbunden sind, eine Feder, die mit einem der Ansätze und mit der Grundplatte verbunden ist, um selbige Ansätze in einer Richtung vorzuspannen, und einen Deckel zur Lage über der Grundplatte umfasst; wobei der Deckel funktional mit der Kurbel verbunden ist; wobei der Deckel eine Mehrzahl von darin gebildeten Ausnehmungen aufweist, die durch Merkmale in dem Deckel definiert sind, so dass eine jede der Mehrzahl von Ausnehmungen zum Teil durch eine Schulter definiert ist, gegen die einer der Ansätze sperren und eine Drehung des Deckels in zumindest einer Richtung verhindern kann, wobei der Deckel funktional an die Kurbel angebunden ist, um eine Drehung derselben zuzulassen oder zu verhindern.
Elektrofahrrad nach Anspruch 2, wobei der mechanische Mechanismus servogesteuert oder manuell gesteuert ist, was bewirkt, dass sich die Ansätze in oder aus einer sperrenden Position mit Bezug auf die Schulter der in dem Deckel gebildeten Ausnehmungen bewegen.
Elektrofahrrad nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Freilaufkupplung, die mit dem Rahmen und mit der Kurbel verbunden ist, eine zweite Kupplung, die mit dem Kettenring oder vorderen Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (A) Funktion Unterstützung, wobei zumindest eines von dem Drehmoment, der Drehzahl oder der Richtung der Kurbel detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl oder die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung bei der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; (B) Funktion Rollen mit umlaufendem Motor/Generator, wobei die Kurbel mit dem Elektromotor/Generator gekoppelt ist und der Fahrer die Pedale des Elektrofahrrads nicht dreht; und (C) elektrischer Roller mit Rekuperationsbremsen.
Elektrofahrrad nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Freilaufkupplung, die mit dem Rahmen und mit der Kurbel verbunden ist, eine zweite Kupplung, die mit dem Kettenring oder vorderen Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (C) elektrischer Roller mit Rekuperationsbremsen; und (D) Funktion Pedalkraftdrosselung, wobei die Drehung der Kurbel im Uhrzeigersinn gesperrt ist, und wobei die Kraft, die durch den Fahrer auf ein vorwärts gerichtetes Pedal ausgeübt wird, detektiert wird und als ein Drosseleingang in den Motor/Generator verwendet wird.
Elektrofahrrad nach Anspruch 2, ferner umfassend eine zweite Kupplung, die mit dem Kettenring oder vorderen Kettenrad verbunden ist, wobei die zweite Kupplung eingerichtet ist, um die Funktionen vorzusehen: (A) Funktion Unterstützung, wobei zumindest eines von dem Drehmoment, der Drehzahl oder der Richtung der Kurbel detektiert wird und in Ansprechen auf das detektierte Drehmoment, die detektierte Drehzahl oder die detektierte Richtung der Kurbel eine Unterstützung bei der Drehung der Kurbel durch den Elektromotor/Generator vorgesehen wird; und (F) Tretmodus ohne Rücktriebssperre, wobei der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann, um das Elektrofahrrad vorwärts zu bewegen, und der Fahrer die Kurbel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn in einem frei umlaufenden Modus ohne Rücktriebssperre oder Sperren des Hinterrades bei Rückwärtsbewegung drehen kann.