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Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug, ein damit ausgestattetes Fahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsmoduls, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuereinheit.
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Zumindest teilweise muskelkraftbetriebene beziehungsweise betreibbare Fahrzeuge, beispielsweise Fahrräder mit einem Hilfsantrieb, sind aus dem Stand der Technik als Elektrofahrräder bekannt. Ein Elektrofahrrad ist ein Fahrrad mit einem zusätzlich eingebauten Elektromotor. Ein mit dem Elektromotor zusammenwirkender Akkumulator ist abnehmbar ausgeführt und kann an einer Haushalts-Steckdose aufgeladen werden. Aus führerscheinrechtlichen Gründen wird unterschieden zwischen Fahrrädern mit beschränkter Tretunterstützung (Pedelec), Fahrrädern mit unlimitierter Tretunterstützung (schnelles Pedelec), Fahrrädern mit tretunabhängigem Zusatzantrieb (E-Bike) und Elektrorädern ohne Tretantrieb (E-Scooter). Bei einem Pedelec springt der Elektromotor nur an, wenn in die an einer Tretkurbel angeordneten Pedale getreten wird. Mithin wird das Pedelec zumindest teilweise durch Muskelkraft betrieben. Der Elektromotor unterstützt also nur die Tretkraft.
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Aus dem Stand der Technik sind Antriebssysteme für motorisch unterstützte Fahrräder bekannt, bei denen ein Generator die biomechanische Antriebsleistung eines Benutzers in eine elektrische Leistung umwandelt, welche dann durch einen mit einem Rad verbundenen Antriebsmotor wieder in mechanische Antriebsleistung umgewandelt wird.
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Aus der
DE 10 2011 082 082 A1 geht ein Fahrrad mit einem als Nabenmotor ausgebildeten Hilfsmotor hervor. Ferner umfasst das Fahrrad ein durch den Hilfsmotor antreibbares Antriebsrad, ein Tretlager mit einer Pedalerie, deren mechanische Energie ein im Tretlager angeordneter Generator in elektrische Energie umwandelt. Der Generator kann den Hilfsmotor betreiben. Dabei ist der Hilfsmotor derart mechanisch getrennt von der Pedalerie angeordnet, dass der Hilfsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von einem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist.
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Die 10 2017 213 303 A1 beschreibt eine Motoranordnung mit einem Antriebsmotor und einer Getriebevorrichtung, die radial innerhalb des Antriebsmotors angeordnet ist. Diese Motoranordnung ist dazu vorgesehen, über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden. Auch hierbei wird der Generator durch Muskelkraft über eine Tretkurbel angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Somit entfällt auch hierbei eine Antriebskette oder ein Antriebsriemen am Fahrzeug.
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Der Fahrer treibt also mittels Drehung der Tretkurbeln lediglich einen Generator an, der Strom erzeugt. Mit diesem kann beispielsweise eine Batterie geladen oder direkt der Antriebs-Elektromotor angetrieben werden. Weiterhin kann über eine geladene Batterie zusätzlich Strom für den Antriebs-Elektromotor zur Verfügung gestellt werden.
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Auswahlmöglichkeiten betreffend den Betriebsmodus eines derart betriebenen Fahrzeugs oder die Abfrage des Systemstatus werden fahrerseitig über separate Knöpfe oder Schalter oder ein system-eigenes Touchscreen oder über indirekte Eingaben über beispielsweise ein verbundenes Smartphone oder anderweitige WLAN- oder Bluetooth Anwendungen.
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Derartige Eingabemöglichkeiten erfordern jedoch Zusatzkomponenten. Hinzukommt, dass jede solche Eingabe durch den Fahrer optisch überwacht werden muss, da er den Knopf, das Touchfeld etc. während der Fahrt ja auch treffen muss, so dass die Aufmerksamkeit des Fahrers wenn auch nur für kurze Zeit nur in verringertem Maße seiner Verkehrssituation gelten kann. Dies gilt genauso für Rückmeldungen des Systems, die konventionell über optische Anzeigen (Display, Leuchten, etc.) erfolgen.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine kostenoptimierte Möglichkeit zu schaffen, die Eingabe von Informationen oder Anweisungen des Fahrers an das Antriebsmodul ohne zusätzlich Eingabemittel zu ermöglichen. Weiter ist es die Aufgabe der Erfindung, eine kostenoptimierte Möglichkeit zu schaffen, die Ausgabe von Informationen des Antriebsmoduls an den Fahrer ohne zusätzlich Eingabemittel zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebsmodul gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsmoduls nach Anspruch 6.
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Das erfindungsgemäße Antriebsmodul ist dafür vorgesehen, als Teil einer Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug verbaut zu werden, wobei das Fahrzeug mindestens einen Antriebsmotor umfasst, der ausgebildet ist, ein Antriebsrad des Fahrzeugs anzutreiben.
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Das erfindungsgemäße Antriebsmodul umfasst einen Generator, der über eine Welle mit einer Tretkurbel derart verbindbar ausgebildet ist, dass durch die Tretkurbel erzeugte mechanische Energie von dem Generator in elektrische Energie umwandelbar ist.
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Dabei ist der Generator erfindungsgemäß ausgebildet, elektrische Energie bereitzustellen, mit welcher der mindestens eine Antriebsmotor direkt betreibbar ist, und/oder von einem Energiespeicher aufnehmbar ist, der ausgebildet ist, dem Antriebsmotor seinerseits elektrische Energie bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Antriebsmodul ferner Mittel zur Erfassung des Drehmoments und/oder der Drehrichtung der Tretkurbel sowie eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, aus Drehmoment und/oder Drehrichtung eine Information abzuleiten, die dafür vorgesehen ist, zwischen Antriebsmodul und Fahrer eines mit dem Antriebsmodul ausgestatteten Fahrzeugs ausgetauscht zu werden.
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Kerngedanke der Erfindung ist dabei also einerseits, die Eingabe von Befehlen des Fahrers an das Antriebsmodul über die Tretkurbeln bzw. Pedale zu ermöglichen, und andererseits die Ausgabe von Informationen, Signalen, etc. vom Antriebsmodul an den Fahrer über die Tretkurbeln bzw. Pedale zu ermöglichen.
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Eine Eingabe durch den Fahrer kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zunächst eine „Eingabewunsch-Sequenz“ getreten wird, um den grundsätzlichen Fahrerwunsch zu signalisieren, dass anschließend ein konkreter Eingabebefehl folgt, um das Antriebsmodul in Bereitschaft zu versetzen, einen Eingabebefehl zu empfangen und zu erkennen. Dies kann beispielsweise durch zweimaliges kurzzeitiges Zurücktreten erfolgen, also durch eine Sequenz, die im normalen Fahrbetrieb nicht vorkommt beziehungsweise benötigt wird. Diese Ankündigungssequenz kann gegebenenfalls vom Fahrer auch frei konfigurierbar sein, beispielsweise über nur die linke oder nur die rechte Tretkurbel beziehungsweise das jeweils zugehörige Pedal. ist,
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Eingabe und Erkennung von direkten Befehlen eine vorherige Eingabewunsch-Sequenz" als Ankündigung vorangestellt werden.
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Als Befehle vom Fahrer an das Fahrzeug beziehungsweise an das Antriebsmodul kommen beispielsweise in Frage:
- - Wechsel der Tretkraftunterstützungs-Level
- - Wechsel von CVT-Modus in Schaltautomatik-Modus und zurück
- - Gangwechsel (Hochschalten, Herunterschalten)
- - Abfrage der Restkapazität der Batterie (in Prozent-Stufen oder in berechneter Reichweite in km-Stufen)
- - Ein-/Ausschalten von Rücktritt-/Rekuperations-Funktion
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Falls ein seriell-hybrid betriebenes Fahrzeug mit einer Wegfahrsperren-Funktion ausgestattet ist, die die elektronisch nachempfundene Kette deaktiviert, so dass kein Fahrbetrieb möglich ist (beispielsweise für Rental-Anwendungen), dann kann auch eine derartige Funktion vom Fahrer anstatt bislang per Knopfdruck oder per Funk (Smartphone) über ein haptisches Signal als Information/Anforderung an das Antriebsmodul übermittelt werden.
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Zum Entsperren kann dabei das Antriebsmodul eine Geste" erkennen und das System freischalten. Die Freischaltung kann beispielsweise dadurch erkennbar gemacht werden, dass die Tretkurbel in Vorwärtsrichtung nicht mehr frei gedreht werden kann, somit der seriell-hybride Antriebsstrang aktiv ist.
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Als Geste können bestimmte Abfolgen von Tretkurbelwinkeldrehungen vorwärts und rückwärts ähnlich der Eingabe eines Tresor-Codes erkannt werden (beispielsweise aufgeteilt in 30°-Segmente) oder zusätzlich beziehungsweise alternativ zeitliche Kurbelbewegungen (beispielsweise analog dem Rhythmus eines Liedes zur besseren Merkbarkeit).
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Zum Ein- oder Umlernen der Geste kann wiederum eine vom System fest vorgegebene Geste dienen, um in diesen Modus zu gelangen. Das System verlangt dabei nach Aktivierung (Quittierung des Systems über aktive Kurbelbewegung durch den Generator) zunächst nach der alten Geste und darauf analog Passwortänderung zweimal in Folge die gleiche neue Geste um diese dann als neuen Code zu hinterlegen. Ist die elektrisch nachempfundene Kette danach aktiv, hat der Vorgang funktioniert, ein Abbruch/Fehler etc. kann dadurch erkannt werden, dass sich das System auch in Vorwärtsrichtung im Freilauf befindet.
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Das Ein- oder Umlernen kann auch durch alternative Eingabemöglichkeiten (wireless etc.) eingeleitet werden.
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Ebenso ist erfindungsgemäß über die Tretkurbel eine Ausgabe von Informationen an den Fahrer vorgesehen.
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Diese kann in einer bevorzugten Ausführungsform erfolgen durch beispielsweise „JA“/„OK“ und „Nein“/„Fehler“ -Antwort auf eine Fahrereingabe erfolgen beispielsweise als langsame motorisch erzeugte Kurbelbewegung um beispielsweise 30° nach hinten und danach 30° nach vorn (gewissermaßen ein simuliertes Nicken) und kurz aufeinanderfolgende Kurbelbewegungen vorwärts und rückwärts um beispielsweise jeweils 10° (gewissermaßen als simuliertes Kopfschütteln).
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vibrationsanregung dem erzeugten Tretwiderstand im Normalbetrieb überlagert, um den Tretfluss des Fahrers nicht unnötig zu stören (z.B. Vibration rechts: JA, Vibration links: Nein).
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind auch unabhängig von einer vorherigen Fahrereingabe haptische Signale vom Antriebsmodul an den Fahrer möglich beispielsweise, wenn bestimmte Statussignale übermittelt werden sollen:
- Ein relevantes Statussignal könnte beispielsweise sein, dass sich die Batteriekapazität dem Ende nähert. Dies könnte beispielsweise durch ansteigende Vibration signalisiert werden, beziehungsweise durch eine steigende Vibrations-Frequenz mit abnehmender Batteriekapazität alle 60 Umdrehungen der Tretkurbel oder jede Minute ab prozentualer Restkapazität. So kann der Fahrer dementsprechend seinen Fahrstil oder den Unterstützungsgrad anpassen, um sein Ziel dennoch mit Batterieunterstützung zu erreichen. Alternativ könnte beispielsweise auch die berechnete Restreichweite in beispielsweise 10km-Angaben als Impuls übertragen werden also beispielsweise vier Impulse für 40km Restreichweite.
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Ein weiteres relevantes Signal könnte eine Überhitzung des Generators oder des Antriebsmotors sein. Dadurch kann der Fahrer darüber informiert werden, dass gegebenenfalls für eine gewisse Zeit nur reduzierte Systemleistung zur Verfügung steht. Somit muss der Fahrer keine Fehlfunktion vermuten und kann in dieser Gewissheit weiterfahren und seinen Fahrstil beziehungsweise den Unterstützungslevel anpassen.
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Umgekehrt kann bei langen Bergabfahrten das System eine Warnung ausgeben, bevor die Rekuperation reduziert oder abgeschaltet werden muss, weil die Batterie fast oder ganz vollständig geladen ist und keine weitere Rekuperation mehr möglich ist. Auch dies erfolgt somit nicht überraschend für den Fahrer, und er muss keine Fehlfunktion vermuten.
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Ist im Stillstand eines mit dem erfindungsgemäßen Antriebsmodul ausgestatteten Fahrzeug eine Gegen-Haltefunktion für das Pedal aktiviert, um dem Gewicht des auf dem Pedal ruhenden Fahrerfußes entgegenzuwirken, so kann auch hier eine Rückmeldung erfolgen, bevor die Haltefunktion aufgrund von Überhitzung zurückgenommen werden wird, so dass auch hierüber der Fahrer vorab informiert ist. Dies gilt analog für eine Feststellbremse beziehungsweise für eine Hill-Hold Funktion.
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Relevant kann auch eine Information über eine Fehlfunktion einer Systemkomponente, wie beispielsweise dem Generator, oder weiteren Komponenten des Fahrzeugs, wie der Batterie oder dem Antriebsmotor. Somit kann der Fahrer haptisch aufgefordert werden, anzuhalten, um weiteren Schaden am System verhindern zu können und Abhilfemaßnahmen einleiten zu können.
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Die haptische Rückmeldefunktion an den Fahrer bedarf keiner weiteren Komponenten, wie beispielsweise Anzeigeleuchten, Display oder dergleichen. Somit ist diese erfindungsgemäße Lösung auch für Ausführungsvarianten interessant, welche aus beispielsweise Kostengründen auf diese Komponenten verzichten, aber trotzdem Status-Rückmeldungen an den Fahrer übermitteln wollen.
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Die haptische Rückmeldung an den Fahrer kann in Form von Pedalvibration oder einzelnen Kraftimpulsen des Pedals an den Fuß des Fahrers übermittelt werden.
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Hierzu muss lediglich intern der Generator entsprechend angesteuert werden. Dies kann entweder motorisch erfolgen oder durch Reduktion des Generatormoments.
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Die Unterscheidung der gegebenenfalls verschiedenen Signale kann durch Aufteilung der Signale in linkes und rechtes Pedal erfolgen sowie durch Anzahl der Vibrationen beziehungsweise durch Vibrationsfrequenz oder -Intensität.
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Somit sind sowohl Informationseingabe als auch Informationsausgabe rein haptisch durch die Tretkurbeln möglich, so dass beispielsweise auf kabelgebundene Ein-/Ausgabegeräte am Fahrzeug selbst verzichtet werden kann und trotz eines Ausfalls von Remote-Geräten dennoch eine Ein- und Ausgabe von Informationen möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebsmodul für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug, welches mindestens einen Antriebsmotor umfasst, der ausgebildet ist, ein Antriebsrad des Fahrzeugs anzutreiben, wobei das Antriebsmodul einen Generator umfasst, der über eine Welle mit einer Tretkurbel derart verbindbar ausgebildet ist, dass durch die Tretkurbel erzeugte mechanische Energie von dem Generator in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei der Generator ausgebildet ist, elektrische Energie bereitzustellen, mit der der mindestens eine Antriebsmotor direkt betreibbar ist, und/oder die von einem Energiespeicher aufnehmbar ist, der ausgebildet ist, dem Antriebsmotor elektrische Energie bereitzustellen, wobei das Antriebsmodul ferner Mittel zur Erfassung des Drehmoments und/oder der Drehrichtung der Tretkurbel sowie eine Steuereinheit umfasst, die ausgebildet ist, aus Drehmoment und/oder Drehrichtung eine Information abzuleiten, die dafür vorgesehen ist, zwischen Antriebsmodul und Fahrer eines mit dem Antriebsmodul ausgestatteten Fahrzeugs ausgetauscht zu werden, umfasst die Schritte Erfassen eines Informationssignals und Auswerten des Informationssignals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform geht dem Erfassen eines Informationssignals ein Erfassen eines Ankündigungssignals voran.
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Ferner kann die Aufgabe der Erfindung gelöst werden durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder durch ein Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7.
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Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch eine Steuereinheit zur Steuerung eines elektrischen Antriebssystems für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Erfindung anhand der einzigen 1 näher dargestellt: Hierbei zeigt 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsmoduls 1 mit einem Generator 2. Über Pedale 5 an einer Tretkurbel 4 wird über eine Welle 3 eine Rotationsbewegung 7 in den Generator 2 eingebracht, die von einer nicht dargestellten Steuereinheit nicht als Antriebswunsch, sondern als Befehl, Anfrage, etc. an das Antriebsmodul erkannt wird. Derselbe Informationskanal übermittelt Informationen vom Antriebsmodul 1 an den Fahrer, der sich im Kontakt mit dem/den Pedal(en) befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmodul
- 2
- Generator
- 3
- Welle
- 4
- Tretkurbel
- 5
- Pedal
- 6
- Fahrtrichtung
- 7
- Rotationsbewegung der Tretkurbel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011082082 A1 [0004]
