DE102021115271A1 - Drive assembly for a human-powered vehicle with temperature sensing and vehicle with the drive assembly - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Antriebsanordnung 5 für ein muskelbetriebenes Fahrzeug 1, mit einem Antriebsmodul 7 zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments, mit einem Generatormodul 6 zur Erzeugung elektrischer Energie für das Antriebsmodul 7, wobei das Antriebsmodul 7 und das Generatormodul 6 mechanisch voneinander getrennt sind, wobei das Generatormodul 6 einen durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbaren Generator 13, eine Tretkurbelwelle 12 zur Einleitung eines Tretmoments, eine Getriebeeinrichtung 14 zur Übersetzung des Tretmoments von der Tretkurbelwelle auf den Generator 13 sowie ein Gehäuse 15 zur Aufnahme des Generators 13 und der Getriebeeinrichtung 14 aufweist, wobei das Gehäuse 15 zumindest teilweise mit einem Schmiermittel 28 gefüllt ist, mit einer Kontrolleinrichtung 34, wobei die Kontrolleinrichtung 34 eingerichtet ist, auf Basis eines IST-Drehmoment 102 des Tretmoments an dem Generator 13 ein Antriebsmoment 104 an dem Antriebsmodul 7 und/oder ein Gegenmoment 103 an dem Generatormodul 6 zu bestimmen, vorgeschlagen, mit einem Temperatursensor 31 zur Messung einer Schmiermitteltemperatur 101, wobei die Kontrolleinrichtung 34 ausgebildet ist, die Schmiermitteltemperatur 101 zur Kompensation einer Drehmomentdifferenz zwischen Tretkurbelwelle 12 und Generator 13 aufgrund eines temperaturabhängigen Wirkungsgrads der Getriebeeinrichtung 14 bei der Bestimmung des Antriebsmoments 103 und/oder Gegenmoments 104 zu berücksichtigen.A drive arrangement 5 for a human-powered vehicle 1 is provided, with a drive module 7 for generating an electrical drive torque, with a generator module 6 for generating electrical energy for the drive module 7, with the drive module 7 and the generator module 6 being mechanically separated from one another, with the generator module 6 has a generator 13 that can be driven by a vehicle user by pedaling power, a pedal crankshaft 12 for introducing a pedaling torque, a transmission device 14 for converting the pedaling torque from the pedal crankshaft to the generator 13, and a housing 15 for accommodating the generator 13 and the transmission device 14, the housing 15 is at least partially filled with a lubricant 28, with a control device 34, the control device 34 being set up to apply a drive torque 104 to the drive module 7 and/or a counter-torque 103 on the basis of an ACTUAL torque 102 of the pedaling torque on the generator 13 to the generator module 6, with a temperature sensor 31 for measuring a lubricant temperature 101, wherein the control device 34 is designed to determine the lubricant temperature 101 for compensating for a torque difference between the pedal crankshaft 12 and the generator 13 due to a temperature-dependent efficiency of the transmission device 14 when determining the drive torque 103 and/or counter-torque 104 to be taken into account.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung.The invention relates to a drive assembly for a human-powered vehicle having the features of the preamble of
Es sind elektrische Fahrräder bekannt, welche ohne eine physikalische Antriebsverbindung zwischen Tretkurbel und Hinterrad angetrieben werden können. Der Fahrer treibt dabei mit den Tretkurbeln einen Generator zur Stromerzeugung an, um einen mit dem Hinterrad verbundenen Antriebsmotor mit Strom zu versorgen. Bei einem derartigen Antriebssystem kann somit die physikalische Antriebsverbindung, wie z.B. Kette, Zahnriemen, Kardanwelle etc. entfallen. Um die Drehzahl der Rotorwelle zu erhöhen und das Drehmoment entsprechend zu reduzieren, kommen üblicherweise konventionelle Getriebetypen, wie z.B. ein- oder mehrstufige Planetengetriebe, Wolfromsatz etc., zum Einsatz, um einen Generator mit wenig Drehmoment und entsprechend kleiner Baugröße einsetzten zu können.Electric bicycles are known which can be driven without a physical drive connection between the crank and the rear wheel. The driver uses the pedal cranks to drive a generator to generate electricity in order to supply electricity to a drive motor connected to the rear wheel. With such a drive system, the physical drive connection, such as a chain, toothed belt, cardan shaft, etc., can be omitted. In order to increase the speed of the rotor shaft and reduce the torque accordingly, conventional gear types, such as single or multi-stage planetary gears, tungsten sets, etc., are usually used in order to be able to use a generator with little torque and a correspondingly small size.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welche ein verbessertes Funktionsverhalten ermöglicht.The invention is based on the object of proposing a drive arrangement for a human-powered vehicle which enables improved functional behavior.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.This object is achieved by a drive assembly having the features of
Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsanordnung, welche für ein muskelbetriebenes Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein elektrisches Fahrrad, auch als E-Bike bekannt, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Fahrrad genau zwei Räder aufweisen. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch mehr als zwei, insbesondere drei, im Speziellen genau vier Räder aufweisen.The subject matter of the invention is a drive arrangement which is designed and/or suitable for a human-powered vehicle. In particular, the vehicle is designed as an electric bicycle, also known as an e-bike. In principle, the bicycle can have exactly two wheels. Alternatively, however, the vehicle can also have more than two, in particular three, specifically exactly four wheels.
Die Antriebsanordnung weist ein Antriebsmodul auf. Das Antriebsmodul dient zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments. Das Antriebsmodul umfasst vorzugsweise mindestens einen Elektromotor, welcher elektrische Energie in ein elektrisches Antriebsmoment wandelt. Dabei ist das Antriebsmodul, insbesondere der Elektromotor, mit mindestens oder genau einem Antriebsrad des Fahrzeugs antriebstechnisch verbindbar und/oder verbunden. Prinzipiell ist das Antriebsmodul als ein Radnabenantrieb ausgebildet, welcher in das Antriebsrad des Fahrzeugs integriert ist. Alternativ kann das Antriebsmodul jedoch auch außerhalb des Antriebsrades angeordnet und/oder als zentraler Antriebsmotor für ein oder mehrere Antriebsräder dienen. Grundsätzlich ist das Antriebsrad als ein Hinterrad des Fahrzeugs ausgebildet. Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.The drive arrangement has a drive module. The drive module is used to generate an electrical drive torque. The drive module preferably includes at least one electric motor, which converts electrical energy into an electrical drive torque. In this case, the drive module, in particular the electric motor, can be and/or is connected in terms of drive technology to at least or precisely one drive wheel of the vehicle. In principle, the drive module is designed as a wheel hub drive, which is integrated into the drive wheel of the vehicle. Alternatively, however, the drive module can also be arranged outside of the drive wheel and/or can serve as a central drive motor for one or more drive wheels. Basically, the drive wheel is designed as a rear wheel of the vehicle. Alternatively, however, the drive wheel can also be designed as a front wheel of the vehicle.
Die Antriebsanordnung weist ein Generatormodul auf, welches zur Erzeugung elektrischer Energie für das Antriebsmodul ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Antriebsmodul und das Generatormodul sind mechanisch, insbesondere mechanisch antriebstechnisch, voneinander getrennt und/oder entkoppelt, so dass kein mechanisches Antriebsmoment von dem Generatormodul auf das Antriebsmodul übertragbar ist. Insbesondere ist das Generatormodul separat zu dem Antriebsmodul ausgebildet. Die Übertragung von Energie zwischen der Tretkurbelwelle und/oder dem Generatormodul zu dem Antriebsmodul erfolgt ausschließlich elektrisch. Die Antriebsanordnung kann somit auch als kettenlos bezeichnet werden.The drive arrangement has a generator module which is designed and/or suitable for generating electrical energy for the drive module. The drive module and the generator module are separated and/or decoupled from one another mechanically, in particular mechanically in terms of drive technology, so that no mechanical drive torque can be transmitted from the generator module to the drive module. In particular, the generator module is designed separately from the drive module. The transmission of energy between the pedal crankshaft and/or the generator module to the drive module takes place exclusively electrically. The drive arrangement can thus also be referred to as chainless.
Das Generatormodul weist einen Generator auf, der durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbar ist. Insbesondere erzeugt der Generator eine elektrische Energie, welche aus der am Generator aufgebrachten Drehmomenten und Drehzahlen resultiert. Vorzugsweise kann der Fahrer die Größe der elektrischen Energie in Abhängigkeit der Tretkraft bzw. Trittfrequenz variieren. Besonders bevorzugt ist der Generator nicht zur Umsetzung eines Betriebs als Antriebsmotor ausgebildet und/oder kann ausschließlich in einem Generatorbetrieb laufen. Alternativ kann der Generator elektromotorisch betrieben werden, um z.B. die Kurbeln in eine bestimmte Position zu bringen.The generator module has a generator that can be driven by a vehicle user by pedaling. In particular, the generator generates electrical energy which results from the torques and speeds applied to the generator. The driver can preferably vary the magnitude of the electrical energy depending on the pedaling force or pedaling frequency. Particularly preferably, the generator is not designed to operate as a drive motor and/or can run exclusively in generator mode. Alternatively, the generator can be operated by an electric motor, e.g. to bring the cranks into a certain position.
Das Generatormodul weist eine Tretkurbelwelle auf, welche zur Einleitung eines per Tretkraft aufgebrachten Tretmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind an der Tretkurbelwelle endseitig jeweils eine Tretkurbel, im Speziellen mit Pedalen, angeordnet, über welche das Tretmoment von dem Fahrzeugbenutzer in die Tretkurbelwelle eingeleitet wird. Insbesondere ist die Tretkurbelwelle drehbar in dem Generatormodul gelagert. Bevorzugt definiert die Tretkurbelwelle mit ihrer Rotationsachse eine Hauptdrehachse des Generatormoduls. Die Tretkurbelwelle verläuft durchgängig von einer Tretkurbel zu der anderen Tretkurbel.The generator module has a pedal crankshaft, which is designed and/or suitable for introducing a pedaling torque applied by pedaling force. In particular, a pedal crank, in particular with pedals, is arranged on the end of the pedal crankshaft, via which the pedaling torque is introduced into the pedal crankshaft by the vehicle user. In particular, the pedal crankshaft is rotatably mounted in the generator module. The pedal crankshaft preferably defines a main axis of rotation of the generator module with its axis of rotation. The crankshaft runs continuously from one crank to the other crank.
Ferner weist das Generatormodul eine Getriebeeinrichtung zur Übersetzung des Tretmoments von der Tretkurbelwelle auf den Generator auf. Die Tretkurbelwelle ist dabei über die Getriebebeinrichtung getriebetechnisch mit dem Generator verbunden. Insbesondere dient die Getriebeeinrichtung zur Übersetzung ins Schnelle (Betrag (i) < 1), wobei die Drehzahl am Generator vergrößert und das übertragene Drehmoment auf den Generator verkleinert wird. Vorzugsweise weist die Getriebeeinrichtung ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:10, insbesondere 1:30 und 1:100, insbesondere 1:50 auf. Im Speziellen weist die Getriebeeinrichtung ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 auf. Auf diese Weise wird das durch den Fahrer erzeugte hohe Tretmoment (im Bereich bis ca. 200Nm) am Getriebeeingang mit geringen Drehzahlen (im Bereich 30 bis 120 1/min) in ein geringeres Drehmoment mit hohen Drehzahlen am Getriebeausgang gewandelt. Die Tretkurbelwelle ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse bevorzugt durch die Getriebeeinrichtung geführt und/oder koaxial zu der Getriebeeinrichtung angeordnet. Somit wird ein Antriebsstrang gebildet, der von der Tretkurbelwelle zu dem Generator führt, wobei die Tretkurbelwelle und der Generator jeweils einen Teil des Antriebsstrangs bilden. Bevorzugt weist der Generator einen Stator und einen Rotor auf, wobei ein Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung mit dem Rotor verbunden ist. In einem Fahrbetrieb wird somit das Tretmoment über die Getriebeeinrichtung auf den Rotor übertragen, sodass der Rotor relativ zu dem Stator um die Hauptdrehachse rotiert wird.Furthermore, the generator module has a transmission device for translating the pedaling torque from the pedal crankshaft to the generator. The pedal crankshaft is connected in terms of transmission to the generator via the transmission device. In particular, the transmission device is used for stepping up (amount (i)<1), the speed at the generator being increased and the torque transmitted to the generator being reduced. The transmission device preferably has a transmission ratio of between 1:10, in particular 1:30 and 1:100, in particular 1:50. In particular, the transmission device has a transmission ratio of 1:50. In this way, the high pedaling torque generated by the driver (in the range of up to approx. 200Nm) at the transmission input with low speeds (in the range of 30 to 120 rpm) is converted into a lower torque with high speeds at the transmission output. The pedal crankshaft is preferably guided through the transmission device in the axial direction with respect to the main axis of rotation and/or is arranged coaxially to the transmission device. A drive train is thus formed, which leads from the crankshaft to the generator, with the crankshaft and the generator each forming part of the drive train. The generator preferably has a stator and a rotor, with a transmission output of the transmission device being connected to the rotor. When driving, the pedaling torque is thus transmitted to the rotor via the transmission device, so that the rotor is rotated about the main axis of rotation relative to the stator.
Prinzipiell kann die Getriebeeinrichtung als ein Umlaufgetriebe ausgebildet sein und z.B. als ein Planetengetriebe realisiert sein, wobei als Getriebeeingang ein Planetenträger oder ein Hohlrad gewählt ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Getriebeeinrichtung als ein Exzentergetriebe, insbesondere Zykloidgetriebe, ausgebildet ist. Insbesondere verläuft ein Kraftübertragungsweg zur Übertragung der Tretkraft von der Tretkurbelwelle über das Exzentergetriebe zu dem Generator. Als weitere Alternative kann die Getriebeeinrichtung als ein Harmonic-Drive-Getriebe oder als ein Wellgetriebe ausgebildet sein. Die genannten Getriebearten erlauben ein betragsmäßig sehr kleines Übersetzungsverhältnis von dem Langsamen in das Schnelle auf.In principle, the gear device can be designed as an epicyclic gear and, for example, implemented as a planetary gear, with a planet carrier or a ring gear being selected as the gear input. In a preferred further development, it is proposed that the gear device be designed as an eccentric gear, in particular a cycloidal gear. In particular, a power transmission path for transmitting the pedaling power runs from the pedal crankshaft via the eccentric gear to the generator. As a further alternative, the gear device can be designed as a harmonic drive gear or as a strain wave gear. The transmission types mentioned allow a transmission ratio from slow to fast that is very small in terms of absolute value.
Das Generatormodul weist ein Gehäuse auf, welches zur Aufnahme des Generators und der Getriebeeinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind der Generator und die Getriebeeinrichtung vollständig in dem Gehäuse aufgenommen. Bevorzugt ist die Tretkurbelwelle abschnittsweise durch das Gehäuse geführt, wobei die Tretkurbelwelle über eine Lagereinrichtung, vorzugsweise ein Wälzlager, radial an dem Gehäuse abgestützt ist. Bevorzugt ist der Stator fest mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse ist dabei zumindest teilweise oder vollständig mit einem Schmiermittel gefüllt. Insbesondere dient das Schmiermittel zur Schmierung der Getriebekomponenten der Getriebeeinrichtung, wobei das Schmiermittel ein Schmieröl, vorzugsweise ein Getriebeöl ist.The generator module has a housing which is designed and/or suitable for accommodating the generator and the transmission device. In particular, the generator and the transmission device are completely accommodated in the housing. The pedal crankshaft is preferably guided in sections through the housing, the pedal crankshaft being supported radially on the housing via a bearing device, preferably a roller bearing. The stator is preferably firmly connected to the housing. The housing is at least partially or completely filled with a lubricant. In particular, the lubricant serves to lubricate the transmission components of the transmission device, the lubricant being a lubricating oil, preferably a transmission oil.
Die Antriebsanordnung weist eine Kontrolleinrichtung auf. Die Kontrolleinrichtung ist beispielsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Computer, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller etc. ausgebildet. Beispielsweise ist die Kontrolleinrichtung als ein Steuergerät des Fahrzeugs ausgebildet.The drive arrangement has a control device. The control device is designed, for example, as a digital data processing device, such as a computer, a microprocessor, a microcontroller, etc. For example, the control device is designed as a control unit of the vehicle.
Die Kontrolleinrichtung ist eingerichtet, auf Basis eines IST-Drehmoment des Tretmoments an dem Generator ein Antriebsmoment an dem Antriebsmodul zu bestimmen. Insbesondere ist unter dem IST-Drehmoment ein Drehmoment zu verstehen, welches insbesondere in oder an dem Generator gemessen wird und/oder über den Generator eingeleitet wird. Das Antriebsmoment wird vorzugsweise durch das Antriebsmodul umgesetzt. Insbesondere ist das Antriebsmoment die Führungsgröße für das elektrische Antriebsmoment, welches das Antriebsmodul an das angetriebene Rad abgibt.The control device is set up to determine a drive torque on the drive module on the basis of an ACTUAL torque of the pedaling torque on the generator. In particular, the ACTUAL torque is a torque that is measured in particular in or on the generator and/or is introduced via the generator. The drive torque is preferably implemented by the drive module. In particular, the drive torque is the reference variable for the electric drive torque, which the drive module delivers to the driven wheel.
Alternativ oder optional ergänzend ist die Kontrolleinrichtung eingerichtet, auf Basis des IST-Drehmoments ein Gegenmoment an dem Generatormodul zu bestimmen. Das Gegenmoment wird vorzugsweise durch das Generatormodul umgesetzt. Unter einem Gegenmoment, insbesondere Lastmoment, wird das Moment bezeichnet, welches das Generatormodul dem Benutzer des Fahrzeugs entgegensetzt. Insbesondere wird eine Last in dem Generatormodul variiert, um das Gegenmoment zu steuern. Der Benutzer des Fahrzeugs empfindet das Tretgefühl als „schwerer“ oder „leichter“ in Abhängigkeit des angesteuerten Gegenmoments.Alternatively or optionally in addition, the control device is set up to determine a counter-torque on the generator module on the basis of the ACTUAL torque. The counter-torque is preferably implemented by the generator module. A counter-torque, in particular a load torque, refers to the torque that the generator module opposes to the user of the vehicle. In particular, a load in the generator module is varied to control the counter torque. The user of the vehicle perceives the pedaling feeling as "heavier" or "lighter" depending on the controlled counter-torque.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung mindestens oder genau einen Temperatursensor aufweist, welcher zur Messung einer Schmiermitteltemperatur des Schmiermittels ausgebildet und/oder geeignet ist. The invention provides that the drive arrangement has at least or precisely one temperature sensor which is designed and/or suitable for measuring a lubricant temperature of the lubricant.
Insbesondere ist der Temperatursensor innerhalb des Gehäuse angeordnet und/oder thermisch mit dem Gehäuse gekoppelt. Vorzugsweise steht der Temperatursensor in direktem Kontakt mit dem Schmiermittel, um die Schmiermitteltemperatur direkt zu erfassen. Alternativ kann der Temperatursensor oder optional ein weiterer Temperatursensor in einem Bereich angeordnet sein, dessen Wärmeübertragung an das Schmiermittel bekannt oder berechenbar ist, um die Schmiermitteltemperatur indirekt zu erfassen. Die Kontrolleinrichtung ist dabei eingerichtet, die Schmiermitteltemperatur zur Kompensation einer Drehmomentdifferenz zwischen der Tretkurbelwelle und dem Generator aufgrund eines temperaturabhängigen Wirkungsgrads der Getriebeeinrichtung bei der Bestimmung des Antriebsmoments und/oder des Gegenmoments zu berücksichtigen. Insbesondere ist die Drehmomentdifferenz als eine Differenz zwischen dem tatsächlich aufgebrachten IST-Drehmoment des Tretmoments an der Tretkurbelwelle und dem gemessenen IST-Drehmoment des Tretmoments an dem Generator zu verstehen.In particular, the temperature sensor is arranged within the housing and/or thermally coupled to the housing. The temperature sensor is preferably in direct contact with the lubricant in order to directly detect the lubricant temperature. Alternatively, the temperature Sensor or optionally another temperature sensor can be arranged in an area whose heat transfer to the lubricant is known or can be calculated in order to indirectly detect the lubricant temperature. The control device is set up to take into account the lubricant temperature to compensate for a torque difference between the pedal crankshaft and the generator due to a temperature-dependent efficiency of the transmission device when determining the drive torque and/or the counter-torque. In particular, the torque difference is to be understood as a difference between the actually applied ACTUAL torque of the pedaling torque on the pedal crankshaft and the measured ACTUAL torque of the pedaling torque on the generator.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinrichtung bei gegebenem Gegenmoment abhängig vom Wirkungsgrad der Getriebeeinrichtung für den Fahrzeugbenutzer ein unterschiedliches Drehmoment an den Tretkurbeln zu spüren ist. Dies ist dadurch begründet, dass die Viskosität des Schmiermittels in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur verändert wird, wodurch der Widerstand in der Getriebeeinrichtung und damit der Wirkungsgrad der Getriebeeinrichtung bzw. des Generatormoduls beeinflusst wird. Somit kann die Schmiermitteltemperatur bei der Kompensation der Drehmomentdifferenz als Haupturachse bei der Bestimmung des einzustellenden Antriebsmoments an dem Antriebsmodul bzw. des einzustellenden Gegenmoments an dem Generatormodul berücksichtigt werden. Anders ausgedrückt ist die Drehmomentdifferenz von der Schmiermitteltemperatur abhängig, wobei die Kontrolleinrichtung das Antriebsmoment an dem Antriebsmodul und/oder das Gegenmoment an dem Generator temperaturabhängig variieren bzw. kontrollieren kann.The invention is based on the finding that due to the high transmission ratio of the transmission device with a given counter-torque, depending on the efficiency of the transmission device, a different torque can be felt by the vehicle user on the pedal cranks. The reason for this is that the viscosity of the lubricant changes as a function of the lubricant temperature, which influences the resistance in the transmission device and thus the efficiency of the transmission device or the generator module. The lubricant temperature can thus be taken into account when compensating for the torque difference as the main cause when determining the drive torque to be set on the drive module or the counter-torque to be set on the generator module. In other words, the torque difference is dependent on the lubricant temperature, with the control device being able to vary or control the drive torque on the drive module and/or the counter-torque on the generator as a function of temperature.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Berücksichtigung der Temperatur eine besonders einfache Kompensation der Drehmomentdifferenz realisiert werden kann. Insbesondere kann durch die Erfassung der Temperatur auf einen zusätzlichen Drehmomentsensor, Verkabelung etc. zur Erfassung eines IST-Drehmoments an der Tretkurbelwelle verzichtet werden, wodurch das Generatormodul besonders kostengünstig ausgestaltet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zur Erfassung der Schmiermitteltemperatur auf bereits vorhandene Temperatursensoren zurückgegriffen werden kann, welche zur direkten oder indirekten Erfassung der Schmiermitteltemperatur geeignet sind.The advantage of the invention is, in particular, that by taking the temperature into account, a particularly simple compensation of the torque difference can be implemented. In particular, by detecting the temperature, an additional torque sensor, cabling, etc. for detecting an ACTUAL torque on the pedal crankshaft can be dispensed with, as a result of which the generator module can be designed in a particularly cost-effective manner. A further advantage is that already existing temperature sensors, which are suitable for direct or indirect detection of the lubricant temperature, can be used to detect the lubricant temperature.
In einer bevorzugten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung eingerichtet ist, ein IST-Drehmoment an der Tretkurbelwelle auf Basis des IST-Drehmoments an dem Generator und der Schmiermitteltemperatur zu bestimmen. Der Temperatursensor ist vorzugsweise signaltechnisch und/oder datentechnisch mit der Kontrolleinrichtung verbunden, wobei die Kontrolleinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, das IST-Drehmoment an der Tretkurbelwelle auf Basis des IST-Drehmoments an dem Generator und der Schmiermitteltemperatur zu ermitteln und/oder zu berechnen und/oder zu bilden. Insbesondere wird das Gegenmoment in dem Generatormodul und/oder das Antriebsmoment in dem Antriebsmodul in Abhängigkeit des IST-Drehmoments an der Tretkurbelwelle durch die Kontrolleinrichtung kontrolliert.In a preferred implementation, it is provided that the control device is set up to determine an ACTUAL torque on the pedal crankshaft on the basis of the ACTUAL torque on the generator and the temperature of the lubricant. The temperature sensor is preferably connected to the control device in terms of signals and/or data technology, with the control device being designed in terms of programming and/or circuitry to determine and/or to determine the ACTUAL torque on the pedal crankshaft on the basis of the ACTUAL torque on the generator and the lubricant temperature calculate and/or form. In particular, the counter-torque in the generator module and/or the drive torque in the drive module is controlled by the control device as a function of the actual torque on the pedal crankshaft.
In einer Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung ein Berechnungsmodul aufweist. Das Berechnungsmodul kann als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein. Das Berechnungsmodul ist eingerichtet, in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur einen Korrekturwert für das Antriebsmoment und/oder das Gegenmoment zu ermitteln. Insbesondere kann der Korrekturwert dem Antriebsmoment und/oder Generatormoment, z.B. als Offset, Korrekturfaktor, etc., hinzugefügt werden, um die Drehmomentdifferenz zu kompensieren. Alternativ oder optional ergänzend ist das Berechnungsmodul eingerichtet, in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur und des IST-Drehmoments an dem Generator einen Sollwert für das Antriebsmoment und/oder das Gegenmoment zu ermitteln. Insbesondere kann der Sollwert als ein Soll-Antriebsmoment dem Antriebsmodul bzw. ein Soll-Gegenmoment dem Generatormodul bereitgestellt werden, wobei das Antriebsmodul bzw. das Generatormodul auf den Sollwert eingestellt wird, um die Drehmomentdifferenz zu kompensieren.In a specification it is provided that the control device has a calculation module. The calculation module can be designed as a hardware or software module. The calculation module is set up to determine a correction value for the drive torque and/or the counter-torque as a function of the lubricant temperature. In particular, the correction value can be added to the drive torque and/or generator torque, e.g. as an offset, correction factor, etc., in order to compensate for the torque difference. Alternatively or optionally in addition, the calculation module is set up to determine a target value for the drive torque and/or the counter-torque as a function of the lubricant temperature and the actual torque on the generator. In particular, the target value can be provided to the drive module as a target drive torque or to the generator module as a target counter-torque, with the drive module or the generator module being set to the target value in order to compensate for the torque difference.
In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass in dem Berechnungsmodul eine Zuordnung hinterlegt ist, mit der anhand der Schmiermitteltemperatur der Korrekturfaktor für das Antriebsmoment und/oder das Gegenmoment ermittelbar ist. Alternativ oder optional ergänzend ist in dem Berechnungsmodul eine Zuordnung hinterlegt, mit der anhand der Schmiermitteltemperatur und des IST-Drehmoments an dem Generator der Sollwert für das Antriebsmoment und/oder das Gegenmoment ermittelbar ist. In Kenntnis der Schmiermitteltemperatur bzw. des IST-Drehmoments kann somit beispielsweise über Kennlinien, Regelwerke, Look-up-Tabellen, Modellierung, Simulationen etc. der Korrekturwert bzw. der Sollwert für das einzustellende Gegenmoment und/oder Antriebsmoment bestimmt werden. Beispielsweise kann die tatsächliche Temperaturabhängigkeit der Reibungswiderstände innerhalb der Getriebeeinrichtung in Laborversuchen ermittelt werden und als Kennlinie für die Berechnung bzw. Korrektur des am Generator einzustellenden Gegenmomentes und/oder des am Antriebsmodul einzustellenden Antriebsmoments in dem Berechnungsmodul hinterlegt werden. Es wird somit eine Kontrolleinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache und präzise Bestimmung des das Antriebs- bzw. Gegenmoments in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur auszeichnet.In a further specific implementation, it is provided that an assignment is stored in the calculation module, with which the correction factor for the drive torque and/or the counter-torque can be determined based on the lubricant temperature. Alternatively or optionally in addition, an assignment is stored in the calculation module, with which the target value for the drive torque and/or the counter-torque can be determined based on the lubricant temperature and the actual torque on the generator. With knowledge of the lubricant temperature or the ACTUAL torque, the correction value or the target value for the counter-torque and/or drive torque to be set can be determined, for example, using characteristic curves, sets of rules, look-up tables, modeling, simulations, etc. For example, the actual temperature dependency of the frictional resistances within the transmission device can be determined in laboratory tests and used as a characteristic for the calculation calculation or correction of the counter-torque to be set on the generator and/or the drive torque to be set on the drive module can be stored in the calculation module. A control device is thus proposed which is distinguished by a simple and precise determination of the drive torque or counter-torque as a function of the lubricant temperature.
Optional können weitere Einflussgrößen, wie z.B. die Toleranzlage der Getriebebauteile, welche ebenfalls einen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat bzw. haben kann, in dem Berechnungsmodul hinterlegt und bei der Bestimmung des Antriebsmoments und/oder des Gegenmoments berücksichtigt werden.Optionally, other influencing variables, such as the tolerance position of the transmission components, which also has or can have an influence on the efficiency, can be stored in the calculation module and taken into account when determining the drive torque and/or the counter-torque.
In einer weiteren bevorzugten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung ein Kontrollmodul aufweist. Das Kontrollmodul kann als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein. Das Kontrollmodul ist eingerichtet ist, das Antriebsmoment und/oder des Gegenmoment auf Basis des Korrekturwertes oder des Sollwertes für das Antriebsmoment und/oder das Gegenmoments zu kontrollieren. Insbesondere ist das Kontrollmodul ausgebildet, das Antriebsmodul unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors zu steuern und/oder zu regeln oder auf Basis des Soll-Antriebsmoments anzusteuern und/oder auf das Soll-Antriebsmoment einzuregeln. Alternativ oder optional ergänzend ist das Kontrollmodul ausgebildet, das Generatormodul unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors zu steuern und/oder zu regeln oder auf Basis des Soll-Generatormoments anzusteuern und/oder auf das Soll-Generatormoment einzuregeln.A further preferred implementation provides for the control device to have a control module. The control module can be designed as a hardware or software module. The control module is set up to control the drive torque and/or the counter-torque on the basis of the correction value or the setpoint value for the drive torque and/or the counter-torque. In particular, the control module is designed to control and/or regulate the drive module, taking into account the correction factor, or to control it on the basis of the setpoint drive torque and/or to adjust it to the setpoint drive torque. Alternatively or optionally in addition, the control module is designed to control and/or regulate the generator module, taking into account the correction factor, or to control it on the basis of the target generator torque and/or to adjust it to the target generator torque.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Generatormodul mindestens oder genau einen Drehmomentsensor aufweist, welcher zur Erfassung des Ist-Drehmoments an dem Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise signaltechnisch und/oder datentechnisch mit der Kontrolleinrichtung verbunden, wobei die Kontrolleinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, das IST-Drehmoment in dem Generator zu ermitteln. Der Drehmomentsensor ist mit einer Rotorwelle des Generators wirkverbunden. Prinzipiell kann der Drehmomentsensor als ein berührender Drehmomentsensor an dem Rotor des Generators oder einem Wellenabschnitt der Rotorwelle zwischen Getriebeeinrichtung, insbesondere Getriebeausgang, und dem Generator angeordnet sein. Alternativ kann der Drehmomentsensor jedoch auch als ein berührungsloser Sensor benachbart und/oder gegenüberliegend zu dem Rotor und/oder der Rotorwelle angeordnet sein. Insbesondere ist der Drehmomentsensor als ein dynamischer bzw. rotativer Drehmomentsensor ausgebildet.In a further specific embodiment it is provided that the generator module has at least or precisely one torque sensor which is designed and/or suitable for detecting the actual torque on the generator. The torque sensor is preferably connected to the control device in terms of signaling and/or data technology, with the control device being designed in terms of programming and/or circuitry to determine the ACTUAL torque in the generator. The torque sensor is operatively connected to a rotor shaft of the generator. In principle, the torque sensor can be arranged as a contacting torque sensor on the rotor of the generator or a shaft section of the rotor shaft between the transmission device, in particular the transmission output, and the generator. Alternatively, however, the torque sensor can also be arranged as a non-contact sensor adjacent to and/or opposite the rotor and/or the rotor shaft. In particular, the torque sensor is designed as a dynamic or rotary torque sensor.
In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Generatorraum zur Aufnahme des Generators und einen Getrieberaum zur Aufnahme der Getriebeeinrichtung aufweist. Der Generatorraum und/oder der Getrieberaum ist als ein zumindest teilweise mit dem Schmiermittel befüllter Nassraum ausgebildet. Prinzipiell können der Generatorraum und der Getrieberaum in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse, vorzugsweise durch eine Zwischenwand, fluidtechnisch voneinander getrennt sein. Dabei kann der Generatorraum als Trockenraum und der Getrieberaum als Nassraum ausgebildet sein. Bevorzugt jedoch bilden der Generatorraum und der Getrieberaum einen gemeinsam Nassraum. Insbesondere ist unter einem Nassraum ein mit einer Öl- oder Fettschmierung versehener Innenraum des Gehäuses zu verstehen, welcher vorzugsweise gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Der Temperatursensor ist dabei innerhalb des Nassraums angeordnet. Prinzipiell kann der Temperatursensor an beliebiger Stelle in dem Nassraum angeordnet sein und die Schmiermitteltemperatur wahlweise direkt oder indirekt erfassen. Bevorzugt taucht der Temperatursensor jedoch vollständig oder zumindest teilweise in das Schmiermittel ein und/oder steht dauerhaft mit dem Schmiermittel in Kontakt, um die Schmiermitteltemperatur direkt zu erfassen. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine sichere Erfassung der Schmiermitteltemperatur auszeichnet.In a further specific realization it is provided that the housing has a generator space for accommodating the generator and a gear space for accommodating the gear mechanism. The generator space and/or the gear space is designed as a wet space that is at least partially filled with the lubricant. In principle, the generator chamber and the gear chamber can be fluidically separated from one another in the axial direction in relation to the main axis of rotation, preferably by an intermediate wall. The generator room can be designed as a dry room and the gear room as a wet room. However, the generator space and the gear space preferably form a common wet space. In particular, a wet space is to be understood as meaning an interior of the housing that is lubricated with oil or grease and is preferably sealed off from the environment. The temperature sensor is arranged inside the wet room. In principle, the temperature sensor can be arranged at any point in the wet space and can optionally record the lubricant temperature directly or indirectly. However, the temperature sensor preferably dips completely or at least partially into the lubricant and/or is in permanent contact with the lubricant in order to directly record the lubricant temperature. A drive arrangement is thus proposed which is characterized by reliable detection of the lubricant temperature.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Temperatursensor oder optional ein weiterer Temperatursensor innerhalb eines in einer Einbausituation gebildeten Schmiermittelsumpfs angeordnet ist, um die Schmiermitteltemperatur direkt zu erfassen. Insbesondere ist der mindestens eine Temperatursensor hierzu in einer Einbausituation in einem Bodenbereich des Nassraums angeordnet ist. Alternativ oder optional ergänzend kann der Nassraum vollständig mit dem Schmiermittel befüllt sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Schmiermitteltemperatur präzise erfasst werden kann.In a further specification, it is provided that the temperature sensor or optionally another temperature sensor is arranged within a lubricant sump formed in an installation situation in order to directly detect the lubricant temperature. In particular, the at least one temperature sensor is arranged for this purpose in an installation situation in a floor area of the wet room. Alternatively or optionally in addition, the wet space can be completely filled with the lubricant. This can ensure that the lubricant temperature can be precisely recorded.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Temperatursensor auf einer Platine angeordnet ist, welche sich in radialer Richtung in Bezug auf eine Hauptdrehachse der Tretkurbelwelle in den Nassraum erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Platine in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse des Generatormoduls. Die Platine weist vorzugswese eine zentrale Durchführungsöffnung auf, durch welche die Tretkurbel und/oder die Rotorwelle geführt sind. Vorzugsweise ist der Drehmomentsensor und/oder die Kontrolleinrichtung auf der Platine angeordnet. Im Speziellen können der mindestens eine Temperatursensor und ggf. der Drehmomentsensor über mindestens eine Leiterbahn datentechnisch und/oder signaltechnisch mit der Kontrolleinrichtung verbunden sein. Vorzugsweise ist die Platine mit einer ölverträglichen Lackierung, Beschichtung, Hülle, etc. versehen. Insbesondere ist der Temperatursensor oder der weitere Temperatursensor auf der Platine möglichst tief bzw. in dem Bodenbereich bzw. innerhalb des Schmiermittelsumpfs angeordnet. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders kompakte Ausgestaltung auszeichnet.In a further development it is provided that the temperature sensor is arranged on a circuit board, which extends in the radial direction in relation to a main axis of rotation of the pedal crankshaft into the wet area. The circuit board preferably extends in a radial plane to the main axis of rotation of the generator module. The board preferably has a central lead-through opening through which the pedal crank and/or the rotor shaft are guided. The torque sensor and/or the control device is/are preferably arranged on the circuit board. In particular, the at least one temperature sensor and, if applicable, the torque sensor can be datentech via at least one conductor track be connected to the control device technically and/or in terms of signals. The circuit board is preferably provided with an oil-compatible paint, coating, cover, etc. In particular, the temperature sensor or the additional temperature sensor is arranged as low as possible on the circuit board or in the bottom area or within the lubricant sump. A drive arrangement is thus proposed which is characterized by a particularly compact configuration.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Fahrzeug ein muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, ausgebildet, welches durch einen Elektromotor angetrieben wird. Insbesondere zeichnet sich das Fahrzeug dadurch aus, dass die für den Elektromotor benötigte elektrische Energie zumindest teilweise mittels des Generatormoduls durch den Fahrer erzeugt wird.A further object of the invention relates to a vehicle with the drive arrangement as already described above. In particular, the vehicle is a human-powered vehicle, in particular a bicycle, which is driven by an electric motor. In particular, the vehicle is characterized in that the electrical energy required for the electric motor is at least partially generated by the driver using the generator module.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Generatormoduls der Antriebsanordnung; -
3 eine schematische Blockdarstellung der Antriebsanordnung mit einer Kontrolleinrichtung.
-
1 a schematic representation of a vehicle with a drive arrangement as an embodiment of the invention; -
2 a schematic sectional view of a generator module of the drive assembly; -
3 a schematic block diagram of the drive arrangement with a control device.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding or identical parts are each provided with the same reference symbols in the figures.
Das Fahrzeug 1 weist eine Antriebsanordnung 5 auf, welche zum Antrieb des Hinterrads 4 dient. Das Hinterrad 4 bildet somit ein Antriebsrad des Fahrzeugs 1, wobei das Vorderrad 3 antriebslos bleibt. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorderrad 3 angetrieben wird.The
Die Antriebsanordnung 5 umfasst ein Generatormodul 6, ein Antriebsmodul 7 und optional ein Energiespeichermodul 8. Das Generatormodul 6 ist im Bereich des Tretlagers angeordnet und kann durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft angetrieben werden, um elektrische Energie für das Antriebsmodul 7 zu erzeugen. Das Generatormodul 6 weist hierzu zwei diametral zueinander angeordnete Tretkurbeln 9 auf, welche per Tretkraft in Rotation versetzt werden, um über eine Tretkurbelwelle 12 elektrische Leistung in dem Generatormodul 6 zu erzeugen.The
Das Fahrzeug 1 weist keine mechanische Antriebsverbindung zwischen den Tretkurbeln 9 und dem Antriebsrad 4 auf. Das Generatormodul 6 ist lediglich über eine elektrische Leitung 10 mit dem Antriebsmodul 6 und/oder dem Energiespeichermodul 8 elektrisch verbunden, um die für das Antriebsmodul 7 nötige elektrische Energie bereitzustellen. Das Antriebsmodul 7 kann beispielsweise als ein in das Hinterrad 4 integrierter Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher ein elektrisches Antriebsmoment auf das Hinterrad 4 überträgt. Das Antriebsmodul 7 kann dabei direkt durch die von dem Generatormodul 6 erzeugte elektrische Energie oder mittelbar durch die in dem Energiespeichermodul 8 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden. Das Energiespeichermodul 8 kann während der Fahrt von Generatormodul 6 gespeist werden und darüber hinaus von einer externen Stromquelle geladen werden. Optional kann die vom Generatormodul 6 bereitgestellte elektrische Energie einem Verbraucher 11, z. B. Licht, zur Verfügung gestellt werden.The
Die
Das Generatormodul 6 weist einen Generator 13 sowie eine Getriebeeinrichtung 14 auf, welche gemeinsam in einem Gehäuse 15 aufgenommen sind. Die Getriebeeinrichtung 14 dient dazu, ein in die Tretkurbelwelle 12 eingeleitetes Tretmoment über die Getriebeeinrichtung 14 auf den Generator 13 zu übersetzen. Beispielsweise ist die Getriebeeinrichtung 14 als ein Exzentergetriebe ausgebildet, welches in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial zu dem Generator 13 und der Tretkurbelwelle 12 angeordnet ist. Der Generator 13 weist einen Stator 16 und einen Rotor 17 auf, wobei die Tretkurbelwelle 12 mit einem Getriebeeingang und der Rotor 17 mit einem Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung 14 verbunden ist. Der Stator 16 hingegen ist gehäusefest mit dem Gehäuse 15 verbunden und verbleibt somit stationär.The
Das Gehäuse 15 weist beidseitig jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung 18, 19 auf, welche zur Durchführung der Tretkurbelwelle 12 durch das Gehäuse 15 dienen. Die Tretkurbelwelle 12 ist dabei jeweils über eine Lagereinrichtung 20, 21 relativ zu dem Gehäuse 15 gelagert. Hierzu ist die Tretkurbelwelle 12 in radialer Richtung über die Lagereinrichtungen 20, 21 in der jeweiligen Durchgangsöffnung abgestützt. Beispielsweise sind die Lagereinrichtungen 20, 21 als Wälzlager, insbesondere als Kugellager ausgebildet.The
Zudem weist das Generatormodul 6 zwei Dichtungseinrichtungen 22, 23 auf, welche die Tretkurbelwelle 12 gegenüber dem Gehäuse 15 an den jeweiligen Durchgangsöffnungen 18, 19 abdichten. Die Dichtungseirichtungen 22, 23 sind dabei außenliegend angeordnet, sodass die beiden Lagereinrichtungen 20, 21 durch die jeweils zugehörige Dichtungseinrichtung 22, 23 gegenüber der Umgebung abgedichtet sind. Beispielsweise sind die beiden Dichtungseinrichtungen 22, 23 jeweils als ein Wellendichtring ausgebildet.In addition, the
Ein Ausgangsorgan der Getriebeeinrichtung 14 ist als eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 24 ausgebildet, wobei die Tretkurbelwelle 12 in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial durch die Rotorwelle 24 geführt ist. Beispielsweise ist die Rotorwelle 24 als eine Exzenterwelle ausgebildet, welche mit ein oder mehreren Exzenterrädern des Exzentergetriebes in Wirkverbindung steht. Alternativ bildet die Rotorwelle 24 einen Teil eines Exzenterradträgers, welcher ein oder mehrere Exzenterräder des Exzentergetriebes trägt. Die Rotorwelle 24 ist drehfest mit dem Rotor 17 verbunden.An output element of the
Die Tretkurbelwelle 12 ist relativ zu der Rotorwelle 24 und/oder zu dem Rotor 17 über eine Rotorlagereinrichtung 25 gelagert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorlagereinrichtung 25 im Endbereich des Rotors 17 angeordnet, wobei die Rotorwelle 24 über die Rotorlagereinrichtung 25 in radialer Richtung an einem Außenumfang der Tretkurbelwelle 12 abgestützt ist. Beispielsweise ist die Rotorlagereinrichtung 25 als eine Wälzkörperlagerung, z.B. ein Rollenlager, oder Wälzlager ausgebildet.The
Dabei muss das durch die Tretkurbelwelle 12 vom Fahrer mit geringer Drehzahl eingeleitete hohe Drehmoment durch die Getriebeeinrichtung 14 in ein kleines Drehmoment mit hoher Drehzahl gewandelt werden, um einen kleinen Generator 13 einsetzen zu können. Bei einer Rotation der Tretkurbelwelle 12 wird die Drehbewegung über die Getriebeeinrichtung 14 vorzugsweise ins Schnelle übersetzt. Beispielsweise weist die Getriebeeinrichtung 14 ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:20 und 1:50, besonders bevorzugt 1:30 auf. Auf diese Weise wird das durch den Fahrer erzeugte hohe Tretmoment am Getriebeeingang/Eingangsorgan mit geringen Drehzahlen in ein geringeres Drehmoment mit hohen Drehzahlen am Getriebeausgang/Ausgangsorgan gewandelt.The high torque introduced by the driver at a low speed through the
Das Gehäuse 15 weist einen Generatorraum 26 zur Aufnahme des Generators 13 und einen Getrieberaum 27 zur Aufnahme der Getriebeeinrichtung 14 auf. Der Generatorraum 26 und der Getrieberaums 27 bilden gemeinsam einen mit einem Schmiermittel 28 befüllten Nassraum 29, um Reibungsverluste in dem Generatormodul 6, insbesondere in der Getriebeeinrichtung 14, zu reduzieren. Beispielsweise ist das Schmiermittel 31 ein Schmieröl oder ein Schmierfett.The
Aufgrund der hohen Übersetzung innerhalb des Generatormoduls 6 ist bei einem gegebenem Gegenmoment, welches im Generator 13 des Moduls auf Basis der internen Berechnung erzeugt wird, abhängig vom Wirkungsgrad der Getriebeeinrichtung 14 für den Fahrzeugbenutzer ein unterschiedliches Drehmoment an den Tretkurbeln 9 zu spüren. Diese Drehmomentdifferenz zwischen Tretkurbelwelle 12 und dem Generator 13 ist für den Fahrzeugbenutzer unangenehm und muss daher kompensiert werden. Beispielsweise könnte eine exakte Kompensation erfolgen, indem neben einer Drehmomentmessung nach der Getriebeeinrichtung 14 an der Rotorwelle 24 des Generators zusätzlich noch eine Drehmomentmessung vor der Getriebeeinrichtung 14 an der Kurbel 9 bzw. der Tretkurbelwelle 12 erfolgt. Dadurch kann unabhängig vom Getriebewirkungsgrad für den Fahrzeugbenutzer immer das vom System berechnete Drehmoment exakt eingestellt werden. Hierfür wäre allerdings ein zusätzlicher Drehmomentsensor erforderlich.Due to the high gear ratio within the
Um den hierfür erforderlichen Aufwand zu sparen (Drehmomentsensor, Verkabelung etc.), wird vorgeschlagen, als Führungsgröße für die Anpassung des Drehmoments den Hauptgrund für die Wirkungsgradvariation bei der Berechnung zu verwenden. Hierzu wird im Betrieb die Schmiermitteltemperatur, welche die Viskosität des Schmiermittels 28 verändert und somit den Widerstand im Getriebe und damit dessen Wirkungsgrad beeinflusst, mittels eines Temperatursensors 31 erfasst. Der Temperatursensor 31 ist hierzu auf einer Platine 30 angeordnet, welche sich in einer Radialebene der Hauptdrehachse 100 innerhalb des Nassraums 29 erstreckt. Die Platine 30 weist eine zentrale Durchführungsöffnung auf, wobei die Tretkurbelwelle 12 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 durch die Durchführungsöffnung 31 geführt ist.In order to save the effort required for this (torque sensor, wiring, etc.), it is suggested to use the main reason for the variation in efficiency in the calculation as the reference variable for adjusting the torque. For this purpose, the lubricant temperature, which changes the viscosity of the
Um auch bei geringem Ölstand eine gute Temperaturmessung ermöglichen zu können, ist der Temperatursensor 31 auf der Platine 30 möglichst tief bzw. in einem Bodenbereich des Gehäuses 15 angeordnet. Der Temperatursensor 31 ist somit innerhalb eines in einer Einbausituation gebildeten Schmiermittelsumpfs angeordnet und steht in direkten Kontakt mit dem Schmiermittel 28. Optional kann jedoch auch ein zusätzlicher Temperatursensor, nicht dargestellt, speziell für die Schmiermitteltemperaturmessung eingesetzt werden.In order to be able to enable a good temperature measurement even when the oil level is low, the
Um das Generatormodul 6 besonders kostengünstig zu gestalten, kann ein bereits auf der Platine 30 vorhandener Temperatursensor 31 verwendet werden um die Temperatur in dem Generatormodul 6 zu erfassen. Jedoch kann selbst durch die Verwendung eines zusätzlichen Temperatursensors das Generatormodul 6 erheblich preisgünstiger im Vergleich zur Verwendung zweier Drehmomentsensoren ausgestaltet werden. Weitere Einflüsse wie Ölstand, Verschmutzungsgrad, Öl-Alterung, Getriebeverschleiß lassen sich dadurch zwar nicht korrigieren. Da diese jedoch im Vergleich zum Temperatureinfluss gering sind, kann allein durch die Erfassung der Temperatur des Schmiermittels 28 eine erhebliche Verbesserung zu geringen Kosten erzielt werden.In order to make the
Auf der Platine kann zudem neben einer Anschlussleitung 32 für den Generator 13 auch mindestens ein Drehmomentsensor 33 angeordnet sein, welcher zur Erfassung eines Drehmoments der Rotorwelle 24 dient. Beispielsweise kann der Drehmomentsensor 33 hierzu als ein berührungsloser Drehmomentsensor 33, wie z.B. ein magnetoelastischer Sensor, ausgebildet sein. Der Drehmomentsensor 33 dient dabei dazu ein IST-Drehmoment in bzw. an dem Generator 13 über die Rotorwelle 24 zu erfassen.In addition to a
Die Kontrolleinrichtung 34 ist signaltechnisch und/oder datentechnisch mit dem Temperatursensor 31 und mit dem Drehmomentsensor 33 verbunden. Beispielsweise kann die Kontrolleinrichtung 34 auf der Platine 30, wie in
Die Kontrolleinrichtung 34 weist hierzu ein Berechnungsmodul 36 und ein Kontrollmodul 37 auf. Das Berechnungsmodul 36 ist ausgebildet, basierend auf einer hinterlegten Zuordnung 38, wie z.B. Kennlinie, Funktion, Look-Up-Tabelle, etc., einen Korrekturwert oder einen Sollwert für das an dem Generator 13 einzustellende Gegenmoment 103 und/oder ein an dem Antriebsmodul 104 einzustellendes Antriebsmoment 104 in Abhängigkeit der Schmiermitteltemperatur 101 und ggf. des IST-Drehmoments 102 an dem Generator 13 zu berechnen und dem Kontrollmodul 37 als Eingangssignal bereitzustellen. Beispielsweise kann die tatsächliche Temperaturabhängigkeit der Reibungswiderstände innerhalb der Getriebeeinrichtung 14 in Laborversuchen ermittelt werden und als Kennlinie für die Berechnung bzw. Korrektur des einzustellenden Gegen- bzw. Antriebsmoments 103, 104 als die Zuordnung 38 in dem Berechnungsmodul 36 hinterlegt werden.For this purpose, the
Optional können weitere Einflussgrößen, wie z.B. die Toleranzlage von Getriebebauteilen, welche ebenfalls einen Einfluss auf den Wirkungsgrad haben können, in einer End-of-line-Messung in das Berechnungsmodul 36 als weitere Zuordnung eingelernt werden und bei der Berechnung des Korrektur- bzw. Sollwertes für das Gegen- bzw. Antriebsmoment 103, 104 berücksichtigt werden.Optionally, further influencing variables, such as the tolerance position of transmission components, which can also have an influence on the efficiency, can be taught in an end-of-line measurement in the
Das Kontrollmodul 37 ist ausgebildet, das Gegenmoment 103 an dem Generator 13 und das Antriebsmoment 104 an dem Antriebmodul 7 unter Berücksichtigung des Korrekturwerts oder auf Basis des Sollwertes zu kontrollieren. Das Gegenmoment 103 kann beispielsweise durch eine Änderung eines mechanischen Übersetzungsverhältnisses zwischen Tretkurbelwelle 12 und Generator 13 in dem Generatormodul 6, durch eine Ansteuerung des Generators 13 oder durch eine Ansteuerung einer Ladeelektronik für ein Energiespeichermodul kontrolliert werden.The
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Rahmenframe
- 33
- Vorderradfront wheel
- 44
- Hinterradrear wheel
- 55
- Antriebsanordnungdrive arrangement
- 66
- Generatormodulgenerator module
- 77
- Antriebsmoduldrive module
- 88th
- Energiespeichermodulenergy storage module
- 99
- Tretkurbelcrank
- 1010
- LeitungManagement
- 1111
- Verbraucherconsumer
- 1212
- Tretkurbelwellepedal crankshaft
- 1313
- Generatorgenerator
- 1414
- Getriebeeinrichtunggear mechanism
- 1515
- GehäuseHousing
- 1616
- Statorstator
- 1717
- Rotorrotor
- 1818
- Durchgangsöffnungpassage opening
- 1919
- Durchgangsöffnungpassage opening
- 2020
- erste Dichtungseinrichtungfirst sealing device
- 2121
- zweite Dichtungseinrichtungsecond sealing device
- 2222
- erste Lagereinrichtungfirst storage facility
- 2323
- zweite Lagereinrichtungsecond storage facility
- 2424
- Rotorwellerotor shaft
- 2525
- Rotorlagereinrichtungrotor bearing device
- 2626
- Generatorraumgenerator room
- 2727
- Getrieberaumgear room
- 2828
- Schmiermittellubricant
- 2929
- Nassraumwet room
- 3030
- Platinecircuit board
- 3131
- Temperatursensortemperature sensor
- 3232
- Anschlussleitungconnecting cable
- 3333
- Drehmomentsensortorque sensor
- 3434
- Kontrolleinrichtungcontrol device
- 3535
- Menschmaschinenschnittstellehuman-machine interface
- 3636
- Berechnungsmodulcalculation module
- 3737
- Kontrollmodulcontrol module
- 3838
- Zuordnung assignment
- 100100
- Hauptdrehachsemain axis of rotation
- 101101
- Schmiermitteltemperaturlubricant temperature
- 102102
- IST-DrehmomentACTUAL torque
- 103103
- Antriebsmomentdrive torque
- 104104
- Gegenmomentcounter torque
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 19600698 A1 [0003]DE 19600698 A1 [0003]
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Country | Link |
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DE (1) | DE102021115271A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19600698A1 (en) | 1996-01-10 | 1997-08-07 | Magnet Motor Gmbh | Vehicle that can be operated with muscle power, especially a bicycle |
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2021
- 2021-06-14 DE DE102021115271.2A patent/DE102021115271A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19600698A1 (en) | 1996-01-10 | 1997-08-07 | Magnet Motor Gmbh | Vehicle that can be operated with muscle power, especially a bicycle |
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