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Die Erfindung betrifft ein pedalbetriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen pedalbetriebenen Fahrzeugs.
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Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere bei elektromotorisch angetriebenen Klein- bzw. Leichtfahrzeugen ist eine Informationsversorgung für einen Fahrer, beispielsweise hinsichtlich sich in seiner Umgebung befindlicher Objekte und/oder Personen aufgrund einer oftmals kompakten Bauweise des Fahrzeuges eingeschränkt. Hierbei werden unter den elektromotorisch angetriebenen Klein- bzw. Leichtfahrzeugen insbesondere elektromotorisch angetriebene Fahrräder (sogenannte E-Bikes) oder elektromotorisch angetriebene Kleinroller verstanden.
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Zwar sind heutzutage oftmals Anzeigeelemente wie beispielsweise Displays oder Lichtelemente wie beispielsweise Blinklichter in derartigen Fahrzeugen eingesetzt, jedoch erfordern diese von dem Fahrer während einer Fahrt ein Blickwechsel von dem aktuellen Verkehrsgeschehen auf das jeweilige Anzeigeelement, sodass hierdurch eine Gefahrenquelle gebildet ist. So muss beispielsweise der Fahrer seinen Blick von dem Verkehrsgeschehen auf einen möglicherweise vorhandenen Bildschirm richten, um die die auf diesem angezeigte Information zur Kenntnis zu nehmen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein pedalbetriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeuges anzugeben, bei dem der Fahrer auf eine einfache und sichere Weise informiert wird.
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Die auf das Fahrzeug gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein pedalbetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das pedalbetriebene Fahrzeug ist insbesondere als ein pedalbetriebenes Fahrrad (auch als E-Bike bezeichnet) ausgebildet. Hierzu weist das pedalbetriebene Fahrzeug, welches nachfolgend kurz als Fahrzeug bezeichnet wird, zwei Pedalelemente zu einem manuellen Antrieb auf. Weiterhin weist das Fahrzeug einen elektrischen Antriebsmotor mit einer Antriebswelle auf, wobei die Antriebswelle mit den Pedalelementen verbunden ist. Der elektrische Antriebsmotor dient einer Unterstützung des manuellen Antriebs des Fahrzeuges. Hierzu ist die Antriebswelle mechanisch mittelbar oder mechanisch unmittelbar mit den Pedalelementen verbunden. Die Antriebswelle ist also beispielsweise mit einem Tretlager des Fahrzeugs mechanisch verbunden.
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Das Fahrzeug weist weiterhin eine Steuereinheit auf, die derart eingerichtet ist, den elektrischen Antriebsmotor mittels eines Ansteuersignals anzusteuern. Zudem weist das Fahrzeug eine Sensoreinheit auf, die im Betrieb ein Sensorsignal erzeugt. Das Sensorsignal enthält hierbei eine Umgebungsinformationen des Fahrzeugs.
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Die Sensoreinheit ist derart eingerichtet, im Betrieb das erzeugte Sensorsignal an die Steuereinheit zu übermitteln. Hierzu ist die Sensoreinheit beispielsweise drahtgebunden mit der Steuereinheit verbunden.
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Die Steuereinheit ist weiterhin derart eingerichtet, die Umgebungsinformation des erzeugten Sensorsignals auszuwerten und in Abhängigkeit der ausgewerteten Information den elektrischen Antriebsmotor anzusteuern. Die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors erfolgt hierbei derart, dass ein haptisches Signal in zumindest einem der Pedalelemente erzeugt ist. Vorzugsweise ist das haptische Signal in beiden Pedalelementen erzeugt.
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Durch die Ausgestaltung wird eine besonders einfache Übermittlung einer Information an den Fahrer des Fahrzeuges erreicht. Es wird hierbei insbesondere auf zusätzliche Anzeigeelemente verzichtet. Hierbei wird unter dem Anzeigeelement sowohl ein optisches Anzeigeelement (zum Beispiel ein Display oder Leuchtelemente wie LEDs) und/oder auch ein akustisches Anzeigeelement wie beispielsweise ein Lautsprecher verzichtet. Es werden somit lediglich die zum einem Antrieb des Fahrzeugs ausgebildeten Komponenten zur Erzeugung des haptischen Signals für den Fahrer herangezogen.
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Hierdurch ist gleichzeitig weiterhin eine sichere Informierung des Fahrers erreicht, da dieser seinen Blick nicht vom aktuellen Verkehrsgeschehens richten muss, sondern vielmehr über die auf den Pedalelementen während des Fahrbetriebs platzierten Füße das haptisches Signal wahrnimmt und somit informiert wird.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit derart eingerichtet, das Ansteuersignal in Abhängigkeit der ausgewerteten Umgebungsinformation derart zu verändern, dass aufgrund der Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors mit dem veränderten Ansteuersignal das haptische Signal erzeugt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Erzeugung des örtlichen Signals auf eine Änderung des Ansteuersignals beruht. Derartige Änderungen des Ansteuersignals sind einfach beispielsweise mittels leistungselektronischer Schaltungen realisierbar.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Ansteuersignal um einen pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) mit einem Tastgrad und einer Frequenz. Derartige pulsweitenmodulierte Signale werden üblicherweise zu einer Ansteuerung von elektrischen Antriebsmotoren herangezogen. Weiterhin ist die Steuereinheit vorzugsweise derart eingerichtet, zur Erzeugung des akustischen Signals mittels des elektrischen Antriebsmotors über die Dauer des haptischen Signals die Frequenz und/oder den Tastgrad des Ansteuersignals zu verändern. Dieser Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, dass pulsweitenmodulierte Signale und insbesondere deren Frequenz und/oder deren Tastgrad besonders einfach mittels der bereits erwähnten leistungselektronischen Schaltungen moduliert werden können. Somit ist die Erzeugung des haptischen Signals durch die Veränderung des Ansteuersignals einfach realisiert.
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Bevorzugt ist die Sensoreinheit derart ausgebildet, zumindest eine der nachfolgenden Situationen zu detektieren:
- - Objekte und/oder Personen in einer näheren Umgebung des Fahrers,
- - Eine allgemeine Verkehrssituation,
- - Mitteilungen von einem Kommunikationsgerät sowie
- - Zustandsinformationen über das Fahrzeug.
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Um die Objekte und/oder die Personen in der näheren Umgebung des Fahrers zu detektieren weist die Sensoreinheit beispielsweise ein Radarsensor auf. Dieser Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, dass hierdurch beispielsweise Fahrzeuge, welche sich in einem Gefahrenbereich des Fahrers befinden detektiert werden und diese Umgebungsinformation an die Steuereinheit weitergegeben wird, sodass diese auf Basis dieser Umgebungsinformationen das haptische Signal mittels des elektrischen Antriebsmotors erzeugt. Hierdurch wird der Fahrer somit über die sich in seiner näheren Umgebung und speziell im Gefahrenbereich befindlichen Objekte und/oder Personen informiert, sodass dieser dann vorzugsweise keinen Spurwechsel oder Abbiegevorgang startet. Bei dem Objekt handelt es sich hierbei beispielsweise um ein Kraftfahrzeug.
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Bei der allgemeinen Verkehrssituation handelt es sich hierbei beispielsweise um einen Verkehrsstau oder Bereiche mit einem erhöhten Verkehrsaufkommen. Die Sensoreinheit ist hierbei derart ausgebildet, dass sie beispielsweise eine Verbindung zu einem Navigationsgerät oder zu einer Verkehrsdatenbank aufweist, sodass z.B. bei einer drohenden „Auffahrt“ auf einen Stau der Fahrer mittels des haptischen Signals informiert wird.
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Um Mitteilungen von einem Kommunikationsgerät detektieren zu können, weist die Sensoreinheit beispielsweise eine Verbindung (insbesondere eine drahtlose Verbindung) zu dem Kommunikationsgerät auf. Bei dem Kommunikationsgerät handelt es sich hierbei vorzugsweise entweder um ein Navigationsgerät oder um ein Mobilfunkgerät des Fahrers. Hierdurch ist ermöglicht, Routeninformationen einer auf dem als Navigationsgerät ausgebildeten Kommunikationsgerät eingestellten Route dem Fahrer mittels des haptischen Signals mitzuteilen. Im Fall, dass es sich bei dem Kommunikationsgerät um das Mobilfunkgerät des Fahrers handelt, erfolgt hierbei eine Information des Fahrers über eine Mitteilung/Benachrichtigung auf dem Mobilfunkgerät durch das haptische Signal.
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Ergänzend hierzu handelt es sich bei der Zustandsinformation über das Fahrzeug beispielsweise um einen Batterieladezustand der Batterie des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, welche üblicherweise den elektrischen Antriebsmotor mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu kann die Sensoreinheit beispielsweise mit der Batterie selbst oder mittelbar über ein Batteriemanagementsystem mit der Batterie verbunden sein, sodass bei einem Abfallen des Batterieladezustands unter einen vorzugsweise vorgegebenen Wert das haptische Signal an den Fahrer übermittelt wird.
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Zweckdienlicherweise erfolgt die Erzeugung des haptischen Signals mittels der Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors durch das veränderte Ansteuersignal im Wesentlichen beeinflussungslos für einen Fahrbetrieb des elektrischen Antriebsmotors. D. h. während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist die Erzeugung des akustischen Signals durch den elektrischen Antriebsmotor für den Fahrer im Wesentlichen nicht spürbar. Unter beeinflussungslos wird hiermit verstanden, dass das seitens des elektrischen Antriebsmotors erzeugte Drehmoment während der Erzeugung des haptischen Signals im Vergleich zum erzeugten Drehmoment in einem normalen Fahrbetrieb, also wenn das akustische Signal nicht erzeugt wird, im Wesentlichen nicht beeinflusst ist. Vorzugsweise wird unter im Wesentlichen verstanden, dass das erzeugte Drehmoment während der Erzeugung des akustischen Signals um maximal 10 % und speziell um maximal 5 % abnimmt.
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Bevorzugt weist der elektrische Antriebsmotor mehrere Spulen auf, die im Betrieb ein magnetisches Wechselfeld zum Antrieb des Motors erzeugen. Die Steuereinheit ist hierbei derart eingerichtet, dass sie zur Erzeugung des akustischen Signals zumindest zwei Spulen mit dem veränderten Antriebsignal ansteuert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Ansteuersignal in Abhängigkeit der Umgebungsinformation derart zu verändern, dass aufgrund der Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors mit dem veränderten Ansteuersignal die Antriebswelle zur Erzeugung des optischen Signals in Vibration versetzt wird. Insbesondere wird hierbei die Vibration durch die Ansteuerung der zumindest zwei Spulen erreicht. Die Vibration der Antriebswelle beruht hierbei beispielsweise auf dem Effekt der Magnetorestriktion. Unter der Magnetorestriktion wird beispielsweise eine Deformation von ferromagnetischen Stoffen verstanden, die einem magnetischen (Wechsel-)Feld ausgesetzt sind.
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Das als Vibration ausgebildete haptische Signal wird dann während einer Fahrt von dem Fahrer, insbesondere von seinen auf den Pedalelementen positionierten Füßen wahrgenommen. Um die Wahrnehmbarkeit des haptischen Signals durch den Fahrer zu gewährleisten und dieses somit beispielsweise von Vibrationen abzugrenzen, die aufgrund einer unebenen Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt, abzugrenzen, weist das haptische Signal bevorzugt eine Frequenz mit einem Wert im Bereich von 20 Hz bis 70 Hz auf.
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Zweckdienlicherweise ist der elektrische Antriebsmotor als ein Gleichstrommotor und insbesondere als ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet. Der elektrische Antriebsmotor weist hierbei einen Leistungsbereich von vorzugsweise 100W bis 600W und speziell von 250W bis 500W auf. Aufgrund der bürstenlosen Ausgestaltung des Gleichstrommotors ist dieser besonders verschleißarm, was einer Wartungsintensität vorteilhaft zugutekommt. Somit ist das Fahrzeug speziell im Hinblick auf den elektrischen Antriebsmotor wartungsarm ausgestaltet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildung sind für unterschiedliche Umgebungsinformationen unterschiedliche haptische Signale vorgesehen. Hierdurch ist es erreicht, dass der Fahrer des pedalbetriebenen Fahrzeuges neben der einfachen Information durch das haptische Signal auch eine Information darüber erhält, welche Art von Umgebungsinformation er das haptische Signal erhält. Hierbei kann beispielsweise eine Stärke des haptischen Signals und/oder eine Anzahl an Signalimpulsen zur Unterscheidung der Umgebungsinformationen herangezogen werden. Unter der Anzahl der Signalimpulse wird hierbei beispielsweise verstanden, dass bei einem haptischen Signal zur Information über einen Fahrzeugzustand des Fahrzeuges das haptisches Signal in Form von zwei haptischen Signalimpulsen beispielsweise jeweils über eine Dauer von 1 Sekunde an den Fahrer übermittelt wird und z.B. bei einem haptischen Signal bezüglich einer Mitteilung des Kommunikationsgerätes die Information durch einen einmaligen haptisches Signalimpuls an den Fahrer übermittelt wird.
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Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines pedalbetriebenen Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bei dem pedalbetrieben Fahrzeug handelt es sich insbesondere um das in den bereits zuvor genannten Ausführungen aufgeführte Fahrzeug. Somit weist das Fahrzeug zwei Pedalelemente zum manuellen Antrieb des Fahrzeugs auf sowie eine einen elektrischen Antriebsmotor auf. Der Antriebsmotor weist eine Antriebswelle auf, die mit den Pedalelementen verbunden ist. Der elektrische Antriebsmotor dient einer Unterstützung des manuellen Antriebs des Fahrzeugs.
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Weiterhin weist das Fahrzeug eine Steuereinheit auf, mittels der der elektrische Antriebsmotor mit einem Ansteuersignal angesteuert wird. Bei der hinweist das Fahrzeug eine Sensoreinheit auf, mittels der ein Sensorsignal erzeugt wird, welches eine Umgebungsinformation enthält.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens wird das erzeugte Sensorsignal von der Sensoreinheit an die Steuereinheit übermittelt. Anschließend wird das übermittelte Sensorsignals hinsichtlich der enthaltenen Umgebungsinformationen von der Steuereinheit ausgewertet und in Abhängigkeit der ausgewerteten Umgebung Information der elektrische Antriebsmotor angesteuert. Dabei erfolgt die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors, derart, dass ein haptisches Signal in zumindest einem der Pedalelemente, vorzugsweise in beiden Pedalelementen erzeugt wird.
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Die im Hinblick auf das pedalbetriebene Fahrzeug aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Diese zeigt in teilweise stark vereinfachter Darstellung:
- 1 ein pedalbetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor.
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Das in 1 dargestellte pedalbetriebene Fahrzeug 2 ist als ein elektromotorisch angetriebenes Fahrrad (auch als E-Bike bezeichnet) ausgebildet. Hierzu weist das nachfolgend kurz als Fahrzeug 2 bezeichnete pedalbetriebene Fahrzeug 2, zwei Pedalelemente 4 zu einem manuellen Antrieb des Fahrzeugs 2 auf. Hierzu sind die Pedalelemente 4 mechanisch mittelbar mit einem Tretlager 6 nach bekannter Weise verbunden.
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Weiterhin weist das Fahrzeug 2 einen elektrischen Antriebsmotor 8 mit einer Antriebswelle 10 auf. Die Antriebswelle 10 ist im Ausführungsbeispiel mit den Pedalelemente 4, beispielsweise mittels des Tretlagers 6 mechanisch verbunden. Der elektrische Antriebsmotor 8 dient einer Unterstützung des manuellen Antriebs des Fahrzeugs 2. Der elektrische Antriebsmotor 8 ist im Ausführungsbeispiel als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet.
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In 1 weist das Fahrzeug 2 weiterhin eine Steuereinheit 12 auf, die derart eingerichtet ist, den elektrischen Antriebsmotor 8 mittels eines Ansteuersignals SAn anzusteuern. Hierzu ist die Steuereinheit 12 im Ausführungsbeispiel drahtgebunden, beispielsweise mittels einer Datenleitung (hier nicht dargestellt) mit dem elektrischen Antriebsmotor 8 verbunden. Die nicht dargestellte Datenleitung verläuft hierbei beispielsweise innerhalb eines Rahmens 14 des Fahrzeugs 2.
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Weiterhin weist das Fahrzeug 2 eine Sensoreinheit 16 auf, die im Betrieb ein Sensorsignal SSen erzeugt. Das Sensorsignal SSen enthält hierbei eine Umgebungsinformation I. Bei der Umgebungsinformation I handelt es sich beispielsweise um Objekte und/oder Personen in einem näheren Umfeld des Fahrzeugs 2 oder um beispielsweise Mitteilungen eines Kommunikationsgerätes (hier nicht dargestellt) des Fahrers. Unter dem Kommunikationsgerät wird hierbei beispielsweise ein Navigationsgerät oder ein Mobilfunkgerät des Fahrers des Fahrzeugs 2 verstanden.
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Die Sensoreinheit 16 ist hierbei derart eingerichtet, im Betrieb das erzeugte Sensorsignal SSen an die Steuereinheit 12 zu übermitteln. Die Übermittlung erfolgt beispielsweise ebenfalls drahtgebunden mittels einer hier nicht dargestellten Datenleitung, welche z.B. ebenfalls innerhalb des Rahmens 14 des Fahrzeugs 2 angeordnet ist. Die Steuereinheit 12 ist weiterhin derart eingerichtet, die Umgebungsinformation I des erzeugten Sensorsignals SSen auszuwerten und in Abhängigkeit der ausgewerteten Umgebungsinformation I den elektrischen Antriebsmotor 8 derart anzusteuern, dass ein haptisches Signal Sh in zumindest einem und vorzugsweise in beiden Pedalelementen 4 erzeugt ist.
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Die Erzeugung des akustischen Signals Sh erfolgt hierbei derart, dass das veränderte Ansteuersignal SAn, welches im Ausführungsbeispiel als ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einer Frequenz und mit einem Tastgrad ausgebildet ist, derart verändert wird, dass zumindest zwei von mehreren Spulen, die der elektrische Antriebsmotor 8 aufweist, angesteuert werden. Die Ansteuerung der zumindest zwei Spulen (nicht dargestellt) erfolgt dabei derart, dass die Antriebswelle 10 und somit auch die mit der Antriebswelle 10 mittelbar verbundenen Pedalelemente 4 in eine Vibration zur Erzeugung des optischen Signals Sh versetzt werden. Die Veränderung des Ansteuersignals SAn erfolgt hierbei über eine Änderung der Frequenz und/oder des Tastgrades des als pulsweitenmoduliertes Signals ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, dass für unterschiedliche Umgebungsinformationen I unterschiedliche haptische Signale Sh erzeugt werden.
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Hierdurch ist der Fahrer des Fahrzeugs 2 über verschiedene Umgebungsinformationen I informiert. Unter den unterschiedlichen haptischen Signalen Sh in Abhängigkeit der unterschiedlichen Umgebungsinformationen I wird hierbei verstanden, dass beispielsweise eine Intensität der Vibration und somit des haptische Signals Sh in Abhängigkeit einer jeweiligen Umgebungsinformation I variiert. Alternativ oder ergänzend ist unter den unterschiedlichen haptischen Signalen Sh eine unterschiedliche Anzahl an Signalimpulsen des haptischen Signals Sh zu verstehen. Mit anderen Worten erfolgt beispielsweise ein zweimaliger Signalimpuls des optischen Signals Sh (der Fahrer spürt also zum Beispiel zwei aufeinander folgende Vibrationen mit jeweils einer Dauer von z.B. 1 Sekunde), wenn das haptische Signale Sh den Fahrer über eine Mitteilung des Kommunikationsgerätes informieren soll. Soll das haptische Signale Sh den Fahrer jedoch beispielsweise über ein Objekt oder eine Personen im näheren Umfeld informieren, so erfolgt beispielsweise ein dreimaliger Signalimpuls (hierbei ebenfalls beispielsweise jeweils über die Dauer von 1 Sekunde).
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Das haptische Signale Sh wird während der Fahrt durch die auf den Pedalelementen 4 positionierten Füßen des Fahrers wahrgenommen, sodass dieser seinen Blick und seine Konzentration auf dem aktuellen Verkehrsgeschehen und/oder seiner Fahrtrichtung belassen kann. Somit ist ein Abwenden des Blickes auf ein Anzeigeelement, beispielsweise ein Display zur Information des Fahrers nicht erforderlich. Hierdurch ist insgesamt eine einfache und sichere Informationsgebung für den Fahrer erreicht. Die Einfachheit der Information des Fahrers wird hierbei insbesondere dadurch erreicht, dass auf zusätzliche optische und/oder akustische Anzeigeelemente verzichtet wird. Es werden vielmehr lediglich die zur Unterstützung des manuellen Antriebs des pedalbetriebenen Fahrzeugs 2 ausgebildeten Komponenten zur Erzeugung des haptischen Signals Sh herangezogen.
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Zur elektrischen Versorgung des elektrischen Antriebsmotors 8 weist das Fahrzeug 2 eine insbesondere wiederaufladbare Batterie 18 auf.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- pedalbetriebenes Fahrzeug
- 4
- Pedalelemente
- 6
- Tretlager
- 8
- elektrischer Antriebsmotor
- 10
- Antriebswelle
- 12
- Steuereinheit
- 14
- Rahmen
- 16
- Sensoreinheit
- 18
- Batterie
- SAn
- Ansteuersignal
- SSen
- Sensorsignal
- Sh
- haptisches Signal
- I
- Umgebungsinformation
