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Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Elektrofahrrad mit einem elektromotorischen Antrieb und mindestens einer Bremseinrichtung.
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Elektrofahrräder, auch E-Bikes oder Pedelecs genannt, finden verstärkt Verbreitung. Zum Stoppen eines Elektrofahrrads werden bisher Bremsen eingesetzt, die auch bei konventionellen Fahrrädern Anwendung finden und üblicherweise über einen Rücktritt oder einen Bremshebel am Lenker des Fahrrades betätigbar sind.
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Aus der
DE 10 2017 103 735 A1 ist eine Fahrradsteuereinrichtung und eine Fahrradantriebsvorrichtung bekannt, die die Stabilität des Verhaltens eines Fahrrads verbessern. Die Fahrradsteuereinrichtung umfasst eine Steuereinheit, die den Ausgang des Motors, der in der Lage ist, den Antrieb des Fahrrads zu unterstützen, in Abhängigkeit von einer Winkelbeschleunigung eines Drehkörpers in Form einer Kurbelwelle reduziert. Der Drehkörper ist in einem Übertragungsweg für vom Menschen aufgebrachte Leistung enthalten, der sich von einem Eingangsabschnitt für vom Menschen aufgebrachte Leistung zu einem Kopplungsabschnitt erstreckt, der mit einem Antriebsrad gekoppelt ist.
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Es besteht mithin Bedarf, ein Elektrofahrrad in dieser Hinsicht weiter zu verbessern und insbesondere zur Erhöhung des Bedienungskomforts alternative Bremskonzepte bereitzustellen.
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Diese Aufgabe ist mit einem Elektrofahrrad des Anspruchs 1 gelöst.
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Hiernach ist ein Elektrofahrrad vorgeschlagen, das mindestens eine wenigstens einem Rad des Elektrofahrrad zugeordnete Bremseinrichtung zum Stoppen des wenigstens einen zugeordneten Rades aufweist, die elektronisch betätigbar ist.
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Ein Elektrofahrrad weist somit eine Bremseinrichtung auf, die über ein elektrisches Signal betätigbar ist, um wenigstens ein Rad des Elektrofahrrads abzubremsen und mithin zu stoppen. Derart kann ein Break-by-wire-Bremssystem an dem Elektrofahrrad vorgesehen sein.
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Beispielsweise umfasst die Bremseinrichtung dementsprechend einen Bremsmotor, insbesondere einen Stellmotor oder ein Motor mit einem hydraulisch oder pneumatisch verstellbaren Zylinder, der in Reaktion auf ein elektronisch erzeugtes Bremssignal zum Stoppen des wenigstens einen zugeordneten Rades betätigbar ist. Eine solche Ausführungsvariante schließt hierbei insbesondere ein, dass mithilfe der mindestens einen Bremseinrichtung auch zwei Räder des Elektrofahrrads und damit zum Beispiel ein Vorderrad und ein Hinterrat gleichzeitig über einen oder mehrere Bremsmotoren abgebremst werden können.
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Grundsätzlich kann die Bremseinrichtung eine Steuerelektronik umfassen, die konfiguriert ist, in Reaktion auf das über eine Signalleitung, insbesondere eine Busleitung, empfangene Bremssignal einen Bremsmotor der Bremseinrichtung zum Stoppen des wenigstens einen zugeordneten Rades anzusteuern. Das drahtgebunden übertragene Bremssignal kann hierbei zum Beispiel auf die Betätigung eines Bremselements, wie zum Beispiel einen Bremshebel einer Handbremse des Elektrofahrrads oder einen detektierten Rücktritt, zurückgehen.
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Der Antrieb des Elektrofahrrads weist eine drehbare Tretlagerwelle auf, über die ein Nutzer des Elektrofahrrads durch Drehung der Tretlagerwelle in eine Vorwärtsdrehrichtung ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads einleiten kann. Der Antrieb des Elektrofahrrads weist ferner eine elektronische Bremserkennung auf, die konfiguriert ist, (direkt oder indirekt) eine Drehung der Tretlagerwelle in eine zu der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzte Rückwärtsdrehrichtung zu detektieren und in Reaktion hierauf ein Bremssignal zum Betätigen der mindestens einen Bremseinrichtung zu erzeugen und an die mindestens eine Bremseinrichtung zu senden. Der Antrieb des Elektrofahrrads, über den ein elektromotorisch erzeugtes Abtriebsdrehmoment - gegebenenfalls auch nur unterstützend zu einem über die Tretlagerwelle erzeugten Drehmoment - zum Beschleunigen des Elektrofahrrads bereitgestellt wird, integriert folglich eine elektronische Bremserkennung, mit der auf elektronischem Wege ein Rückwärtspedalieren als Rücktritt erkannt und basierend hierauf ein Bremssignal erzeugt wird. Die elektronische Bremserkennung kann hierbei insbesondere konfiguriert sein, das Bremssignal in Abhängigkeit davon zu erzeugen, dass die Tretlagerwelle mit einer einen hinterlegten Schwellwert übersteigenden Drehgeschwindigkeit oder Beschleunigung in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht wurde und/oder dass die Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung auf eine zuvor detektierte Drehung der Tretlagerwelle in die Vorwärtsdrehrichtung erfolgt ist. Im zuletzt genannten Fall kann somit beispielsweise ausgewertet werden, ob innerhalb eines vordefinierten Rücktrittszeitfensters, von zum Beispiel ein bis zwei Sekunden, detektiert wird, dass sich die Drehrichtung der Tretlagerwelle abrupt respektive schlagartig in die Rückwärtsdrehrichtung umgekehrt hat, sodass hierüber darauf geschlossen werden kann, dass ein Fahrer des Elektrofahrrads eine Bremsanforderung nach Art eines üblichen mechanischen Rücktritts erzeugen und insbesondere ein Hinterrad des Elektrofahrrads abbremsen will. Analog kann aus einer einen hinterlegten Schwellwert übersteigenden Drehgeschwindigkeit oder Beschleunigung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung softwareseitig mithilfe der elektronischen Bremserkennung auf eine Bremsanforderung geschlossen und ein Bremssignal erzeugt werden.
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Insbesondere in einer Weiterbildung kann die elektronische Bremserkennung ferner konfiguriert sein, einer Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung über eine elektronisch gesteuerte Widerstandskraft entgegenzuwirken. Hierbei ist die elektronische Bremserkennung dann beispielsweise konfiguriert, mithilfe des elektromotorischen Antriebs des Elektrofahrrads eine Rücktrittsfunktion bereitzustellen und elektronisch gesteuert einen mechanischen Rücktritt durch ein elektromotorisch aufgebrachtes und der Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung entgegenwirkendes Drehmoment zu imitieren. Durch das der Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung entgegenwirkende Drehmoment kann somit einem Fahrer des Elektrofahrrads das Gefühl eines Rücktritts vermittelt werden, indem eine Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung durch den elektromotorischen Antrieb limitiert und insbesondere auf einen maximalen Rücktrittsschwenkwinkel beschränkt wird.
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Gegebenenfalls kann ferner die Höhe der durch das entgegenwirkende Drehmoment aufgebrachten Widerstandskraft an der Tretlagerwelle variabel einstellbar sein. Dies schließt beispielsweise ein, das es von einem Drehwinkel der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung abhängt, wie groß die Widerstandskraft ausfällt. Die Höhe der Widerstandskraft hängt somit von einem Drehwinkel ab, um den die Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht wird. Je höher der Drehwinkel ist, desto größer ist die Widerstandskraft, sodass ein Nutzer des Elektrofahrrads das Gefühl vermittelt bekommt, desto stärker zurückpedalieren zu müssen, je stärker gebremst werden soll. Dementsprechend kann die Höhe einer über die Bremseinrichtung bereitgestellten Bremskraft zum Abbremsen und insbesondere zum Stoppen eines zugeordneten Rades davon abhängen, um welchen Drehwinkel die Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht wird. Die elektronische Bremserkennung und eine Steuerelektronik der Bremseinrichtung sind hierbei dann derart konfiguriert, (gegebenenfalls nachdem detektiert wurde, dass die Tretlagerwelle mit einer einen hinterlegten Schwellwert übersteigenden Beschleunigung in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht wurde) in Abhängigkeit von einem detektierten Drehwinkel der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung die Höhe einer über die Bremseinrichtung aufgebrachten Bremskraft zum Stoppen des wenigstens einen Rades des Elektrofahrrads zu steuern. Je stärker und mithin weiter ein Fahrer des Elektrofahrrads die Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung dreht, desto stärker wird abgebremst, wobei die Höhe der aufgebrachten Bremskraft elektronisch gesteuert ist.
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Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die elektronische Bremserkennung konfiguriert sein, in Abhängigkeit von der Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung eine Zeitdauer, für die die mindestens eine Bremseinrichtung zu betätigen ist, und/oder eine Höhe einer von der mindestens einen Bremseinrichtung aufgebrachten Bremskraft zu signalisieren. Die elektronische Bremserkennung ist mithin konfiguriert, in Abhängigkeit von der Drehung der Tretlagerwelle in die Rückwärtsdrehrichtung zu signalisieren, wie lange und/oder wie stark mithilfe der fremdkraftbetätigten Bremseinrichtung gebremst wird.
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In einer Ausführungsvariante ist die mindestens eine Bremseinrichtung durch ein an dem Elektrofahrrad vorgesehenes Bremselement, zum Beispiel in Form eines Bremshebels einer Handbremse, betätigbar, bei dessen Betätigung ein elektronisches Bremssignal zum Betätigen der mindestens einen Bremseinrichtung erzeugbar ist. Die Betätigung des Bremselements erzeugt folglich das elektronische Bremssignal zum Betätigen der mindestens einen Bremseinrichtung. Hierbei kann die Betätigbarkeit der mindestens einen Bremseinrichtung über ein (verstellbares) Bremselement auch zusätzlich zu einer Betätigbarkeit über eine elektronische Bremserkennung des Antriebs vorgesehen sein. Dementsprechend ist dann die Bremseinrichtung sowohl durch das Bremselement als auch über einen elektronisch erkannten Rücktritt an der Tretlagerwelle betätigbar.
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Zum Vorsehen einer zusätzlichen mechanischen Rückfallebene kann das Bremselement mit der mindestens einen Bremseinrichtung auch mechanisch gekoppelt sein, sodass eine für eine Verlagerung des Bremselements (nutzerseitig) aufgebrachte Betätigungskraft in eine von der mindestens einen Bremseinrichtung aufgebrachte Bremskraft umsetzbar ist. In Abhängigkeit eines zurückgelegten Betätigungswegs des Bremselements wird mithin wegabhängig eine Bremskraft von der mindestens einen Bremseinrichtung aufgebracht und an das wenigstens eine zugeordnete Rad übertragen. In dieser Ausführungsvariante ist mithin eine elektrische Bremse mit einer mechanischen Rückfallebene kombiniert. Bremselement und Bremseinrichtung sind hierbei dann beispielsweise über ein mechanisches oder hydraulisches Übertragungselement, wie zum Beispiel einen Bowdenzug oder eine Hydraulikleitung, miteinander gekoppelt.
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In einer Ausführungsvariante ist zur weiteren Erhöhung der Sicherheit beim Abbremsen des Elektrofahrrads vorgesehen, dass eine Steuerelektronik der mindestens einen Bremseinrichtung eine Bremskraft zum Stoppen des wenigstens einen zugeordneten Rades auf Basis von Signalen eines (elektronischen) Antiblockiersystems steuert. Die Steuerelektronik ist hier somit zum Empfang und zur Verarbeitung von Signalen eines Antiblockiersystems konfiguriert, um ein anhaltendes Blockieren eines Rades oder mehrerer Räder des Elektrofahrrads beim Abbremsen zu verhindern. Durch die elektronische Betätigbarkeit der Bremseinrichtung ist eine Kopplung mit einem Antiblockiersystem ohne Weiteres realisierbar und derart eine verbesserte Steuerung des Bremsvorgangs erreichbar.
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Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
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Hierbei zeigen:
- 1 schematisch ein Elektrofahrrad mit einem elektromotorischen Antrieb und einer elektronisch betätigbaren Bremseinrichtung zum Abbremsen der Räder des Elektrofahrrads;
- 2 schematisch das Zusammenwirken der Bremseinrichtung und insbesondere einer Steuerelektronik der Bremseinrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb des Elektrofahrrads der 1 und einem elektronischen Antiblockiersystem.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Elektrofahrrads 1 mit einem elektromotorischen Antrieb A. Der Antrieb A ist hierbei an einem Rahmen 10 des Elektrofahrrads 1 vorgesehen und kann über ein Kraftübertragungsglied 13, zum Beispiel in Form einer Kette oder eines Riemens, ein Abtriebsdrehmoment an ein Hinterrad 12 des Elektrofahrrads 1 übertragen, um das Elektrofahrrad 1 fremdkraftbetätigt zu beschleunigen. An dem Antrieb A ist ferner eine Tretlagerwelle 3 drehbar gelagert, über die von einem Fahrer des Elektrofahrrads 1 zusätzlich oder alternativ (Letzteres z.B. bei abgeschaltetem elektromotorischem Antrieb A) ein Antriebsdrehmoment zum Beschleunigen des Elektrofahrrads 1 eingeleitet werden kann.
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Das Elektrofahrrad 1 der 1 umfasst ferner eine elektronisch betätigbare Bremseinrichtung 2, die zwei Bremsmotoren 21 und 22, hier in Form von Stellmotoren oder Hydraulikzylindern, umfasst. Ein erster Bremsmotor 21 ist hierbei einem Vorderrad 11 des Elektrofahrrads 1 zugeordnet, während ein zweiter Bremsmotor 22 dem Hinterrad 12 des Elektrofahrrads 1 zugeordnet ist. Beide Bremsmotoren 21 und 22 sind elektronisch gesteuert betätigbar und damit Teil eines Brake-by-wire-Bremssystems des Elektrofahrrads 1. Hierbei wird ein Bremssignal zum Betätigen der Bremsmotoren 21 und 22 von einer Steuerelektronik 20 der Bremseinrichtung 2 empfangen, die über am Rahmen 10 verlegte Signalleitungen s1 und s2 die Bremsmotoren 21 und 22 zum Abbremsen der ihnen jeweils zugeordneten Räder 11 oder 12 ansteuert. Grundsätzlich kann ein Bremsmotor 21 oder 22 z.B. Teil einer Felgenbremse oder einer Nabenbremse sein, wobei über das von der Steuerelektronik 20 empfangene Bremssignal die Höhe der an den Rädern 11 und 12 aufgebrachten Bremskraft steuerbar ist.
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Ein Bremssignal an die Steuerelektronik 20 der Bremseinrichtung 2 kann beispielsweise von einem Bremselement in Form eines Bremshebels 5 erzeugbar sein. Wird dieser beispielsweise am Lenker des Elektrofahrrad 1 vorgesehene Bremshebel 5 betätigt, wird drahtgebunden ein Bremssignal an die Steuerelektronik 20 übertragen, das wiederum zur Ansteuerung eines oder beider Bremsmotoren 21 und 22 führt.
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Zur Vorsehung einer mechanischen Rückfallebene kann der Bremshebel 5 zusätzlich über ein mechanisches oder hydraulisches Übertragungselement, hier exemplarisch in Form von Bowdenzügen m1 und m2, auch unmittelbar mechanisch mit den Bremsmotoren 21 und 22 gekoppelt sein. Insbesondere bei einem etwaigen Ausfall oder einer Fehlfunktion der Steuerelektronik 20 der Bremseinrichtung 2 kann somit eine an dem Bremshebel 5 aufgebrachte Betätigungskraft direkt rein mechanisch in eine Bremskraft an einem oder beiden Bremsmotoren 21 und 22 umgesetzt werden. Hierbei werden beispielsweise durch den jeweiligen Bowdenzug m1, m2 üblicherweise durch einen Bremsmotor 21 oder 22 fremdkraftbetätigt verstellbare Bremsbelege verstellt und gegen eine Felgenflanke des jeweiligen Rades 11 oder 12 gedrückt. Analog kann über den Bremshebel 5 z.B. auch eine hydraulisch gesteuerte Betätigung eines Bremsmotors 21, 22 respektive eines hierüber fremdkraftbetätigt verstellbaren Bremsteils rein mechanisch erfolgen. Zum Beispiel erfüllt dann ein Bremssattel am Vorderrad 11 oder am Hinterrad 12 dementsprechend eine Doppelfunktionen, um sowohl mechanisch als auch elektronisch („by-wire“) verstellt werden zu können.
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Die 2 veranschaulicht in diesem Zusammenhang schematisch, dass der Bremshebel 5 einerseits über eine Signalleitung, die in der 2 gestrichelt dargestellt ist, ein Bremssignal an die Steuerelektronik 20 der Bremseinrichtung 2 zum Ansteuern eines Bremsmotors oder beider Bremsmotoren 21, 22 übertragen kann, gleichzeitig aber auch der Bremshebel 5 rein mechanisch mit den Bremsmotoren 21 und 22 verbunden ist.
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Ein elektronisch gesteuertes Bremsen ist alternativ oder ergänzend auch mithilfe des elektromotorischen Antriebs 2 auslösbar. Entsprechend der 2 umfasst hierbei der Antrieb A eine elektronische Bremserkennung 4. Diese elektronische Bremserkennung 4 ist mit einer Auswertelogik ausgebildet und mit einer Sensorik des Antriebs A gekoppelt, sodass über die elektronische Bremserkennung 4 aus einem nutzerseitigen Rückwärtspedalieren an der Tretlagerwelle 3 auf eine Bremsanforderung geschlossen werden kann. So ist die elektronische Bremserkennung 4 dann beispielsweise konfiguriert, anhand einer detektierten Drehung der Tretlagerwelle 3 in eine Rückwärtsdrehrichtung mit einer einen hinterlegten Schwellwert übersteigenden Beschleunigung - die gegebenenfalls auch schlagartig ansteigt und unter Umständen auf eine zuvor erfolgte Drehung der Tretlagerwelle 3 in Vorwärtsdrehrichtung folgt - auf einen Wunsch des Fahrers des Elektrofahrrads 1 zu schließen, dass Elektrofahrrad 1 über einen Rücktritt abzubremsen. Die elektronische Bremserkennung 4 ist somit konfiguriert, in Abhängigkeit von einem detektierten Drehen der Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung ein Bremssignal an die Steuerelektronik 20 zu senden. Mithilfe der elektronischen Bremserkennung 4 wird somit ein Rücktritt sensorisch erkannt und elektronisch ausgewertet.
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Insbesondere kann die elektronische Bremserkennung 4 in diesem Zusammenhang konfiguriert sein, in Abhängigkeit von der Drehung der Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung zu signalisieren, wie lange und/oder wie stark mithilfe der Bremseinrichtung 2 fremdkraftbetätigt insbesondere an dem Hinterrad 12 gebremst werden soll.
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In einer Ausführungsvariante ist die elektronische Bremserkennung 4 ferner konfiguriert, einer Drehung der Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung mithilfe des mindestens einen Elektromotors des Antriebs A über eine elektronisch gesteuerte Widerstandskraft entgegenzuwirken. Die elektronische Bremserkennung 4 ist mithin konfiguriert, mithilfe des elektromotorischen Antriebs A an dem Elektrofahrrad 1 einen mechanischen Rücktritt durch ein elektromotorisch aufgebrachtes und der Drehung der Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung entgegenwirkendes Drehmoment zu imitieren, insbesondere derart, dass die Höhe der entgegenwirkenden Widerstandskraft steigt, je weiter die Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht und/oder je stärker die Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung beschleunigt wird. Je weiter und stärker ein Fahrer somit die Tretlagerwelle 3 in die Rückwärtsdrehrichtung drückt, desto stärker wird mithilfe der Bremseinrichtung 2 gebremst.
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Die Steuerelektronik 20 der Bremseinrichtung 2 des Elektrofahrrads 1 ist entsprechend der Darstellung der 2 auch mit einem elektronischen Antiblockiersystem 6 gekoppelt. Hierbei ist die Steuerelektronik 20 zum Empfang und zur Verarbeitung von Signalen des Antiblockiersystem 6 konfiguriert, um ein anhaltendes Blockieren des Vorderrades 11 und des Hinterrades 12 an dem Elektrofahrrad 1 beim Abbremsen zu verhindern. Hierzu empfängt das Antiblockiersystem 6 Signale von vorderen und hinteren Radsensoren 11a und 12a, die für eine Drehzahl des jeweiligen Rades 11 oder 12 repräsentativ sind. Hierüber kann das Antiblockiersystem 6 der Steuerelektronik 20 vorgeben, wie lange die jeweiligen Bremsmotoren 21, 22 zum Aufbringen der erforderlichen Bremskraft angesteuert werden müssen, um eine maximale Bremsverzögerung ohne anhaltendes Blockieren der Räder 11 und 12 zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrofahrrad
- 10
- Rahmen
- 11
- Vorderrad
- 11 a
- (vorderer) Radsensor
- 12
- Hinterrad
- 12a
- (hinterer) Radsensor
- 13
- Kette / Riemen (Kraftübertragungsglied)
- 2
- Bremseinrichtung
- 20
- Steuerelektronik
- 21, 22
- Bremsmotor
- 3
- Tretlagerwelle
- 4
- Bremserkennung
- 5
- Bremshebel (Bremselement)
- 6
- Antiblockiersystem
- A
- Antrieb
- m1, m2
- Bowdenzug (mechanisches Übertragungselement)
- s1, s2
- Signalleitung
