DE102022107155A1 - Processor and method, in particular computer-implemented method, for controlling a gear hub of a bicycle with an auxiliary motor and a hub gear with such a processor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Prozessor (30) und eine computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines Nabenschaltgetriebes (18, 20) eines Fahrrades (1) mit Hilfsmotor (2). Das Nabenschaltgetriebe (18, 20) weist eine Eingangswelle (68) und einen Aktor (48) auf, wobei der Aktor (48) dazu dient, den Gangwechsel des Nabenschaltgetriebes (18, 20) anzutreiben. Ziel ist es, einen für den Benutzer angenehmen Gangwechsel auch unter Last zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Prozessor (30) ausgestaltet ist, ein Gangwechselsignal (92) zu empfangen, das repräsentativ ist für einen vom Benutzer des Fahrrads (1) ausgelösten Gangwechsels. Ferner ist der Prozessor (30) ausgestaltet, ein Antriebsparametersignal (96) zu empfangen, das repräsentativ ist für ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment (82). Schließlich ist der Prozessor (30) ausgestaltet, nach Empfang des Gangwechselsignals (92) das Schaltsignal (106) in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal (96) zu erzeugen und auszugeben. Entsprechend ist auch das computer-implementierte Verfahren ausgestaltet. Durch die Ausgabe des Schaltsignals (106) in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal (96) ist es möglich, den Schaltvorgang abhängig von dem Drehmoment an der Eingangswelle (68) zu machen. Von diesem Drehmoment hängt die Reibung im Nabenschaltgetriebe (18, 20) ab.The invention relates to a processor (30) and a computer-implemented method for controlling a hub gear (18, 20) of a bicycle (1) with an auxiliary motor (2). The hub gearbox (18, 20) has an input shaft (68) and an actuator (48), the actuator (48) serving to drive the gear change of the hub gearbox (18, 20). The aim is to enable the user to change gears comfortably, even under load. This is achieved in that the processor (30) is designed to receive a gear change signal (92) which is representative of a gear change initiated by the user of the bicycle (1). Furthermore, the processor (30) is designed to receive a drive parameter signal (96) that is representative of a torque (82) applied to the input shaft. Finally, the processor (30) is designed to generate and output the switching signal (106) depending on the drive parameter signal (96) after receiving the gear change signal (92). The computer-implemented method is designed accordingly. By outputting the switching signal (106) as a function of the drive parameter signal (96), it is possible to make the switching process dependent on the torque on the input shaft (68). The friction in the hub gearbox (18, 20) depends on this torque.
Description
Die Erfindung betrifft einen Prozessor und ein Verfahren, insbesondere ein computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines mit einer Eingangswelle und mit einem Aktor zum Gangwechsel in Abhängigkeit von einem Schaltsignal versehenen Nabenschaltgetriebes eines Fahrrades mit Hilfsmotor. Die Erfindung betrifft ferner ein Getriebeschaltsystem für ein Fahrrad mit Hilfsmotor mit einem solchen Prozessor und mit einem Nabenschaltgetriebe.The invention relates to a processor and a method, in particular a computer-implemented method for controlling a hub gearbox of a bicycle with an auxiliary motor, which is provided with an input shaft and an actuator for changing gears depending on a switching signal. The invention further relates to a transmission switching system for a bicycle with an auxiliary motor with such a processor and with a hub gearbox.
Bei Fahrrädern mit Hilfsmotor, sogenannten Pedelecs, stellen Gangschaltungen sicher, dass ein Benutzer bei verschiedenen Geschwindigkeiten mit in etwa gleichbleibender Trittfrequenz pedalieren kann. Am weitesten verbreitet sind derzeit Kettenschaltungen, die an der Hinterradnabe mehrere Ritzeln und an der Tretlagerwelle ein oder mehrere Kettenblätter aufweisen. Durch Umlegen der Kette auf die verschiedenen Kettenblätter und Ritzel lassen sich die verschiedenen Gänge bzw. Gangstufen einlegen. Zwar sind Kettenschaltungen leicht, sie sind aber auch sehr wartungsintensiv und verschleißen schnell. Der schnelle Verschleiß der Kettenschaltungen ergibt sich in erster Linie daraus, dass sie ungeschützt der Umgebung ausgesetzt sind.On bicycles with an auxiliary motor, so-called pedelecs, gear shifts ensure that a user can pedal at different speeds with an approximately constant cadence. Derailleur gears that have several sprockets on the rear wheel hub and one or more chainrings on the bottom bracket shaft are currently the most widespread. By placing the chain on the different chainrings and sprockets, the different gears or gear steps can be engaged. Although derailleur gears are light, they are also very maintenance-intensive and wear out quickly. The rapid wear of derailleur gears is primarily due to the fact that they are exposed to the environment without protection.
Um diese Nachteile zu vermeiden, werden bei Fahrrädern mit Hilfsmotor oft Nabenschaltungen verwendet, bei denen ein Nabenschaltgetriebe um die Hinterradnabe abgedichtet in einem Gehäuse angeordnet ist. Durch die Anordnung im Gehäuse ist die Nabenschaltung von der Umgebung abgekapselt, sodass es weniger stark verschleißt. Nabenschaltungen können mit einem Zahnriemen anstelle einer Kette verwendet werden. Der Zahnriemen ist weitgehend wartungsfrei und weist, bei einem ruhigeren Lauf, eine höhere Lebensdauer als eine Kette auf. Nachteilig bei einem Zahnriemen ist jedoch, dass er einen speziellen Fahrradrahmen braucht, der im Bereich des hinteren Rahmendreiecks geöffnet werden muss, wenn der Zahnriemen gewechselt wird.In order to avoid these disadvantages, hub gears are often used on bicycles with an auxiliary motor, in which a hub gear is arranged in a sealed housing around the rear wheel hub. Due to the arrangement in the housing, the hub gear is encapsulated from the environment, so that there is less wear and tear. Hub gears can be used with a timing belt instead of a chain. The timing belt is largely maintenance-free and, with smoother running, has a longer service life than a chain. The disadvantage of a timing belt, however, is that it requires a special bicycle frame that has to be opened in the area of the rear frame triangle when the timing belt is changed.
Der Vorteil einer Nabenschaltung gegenüber beispielsweise einer Tretlagerschaltung liegt darin, dass im Bereich des Tretlagers mehr Platz für den Hilfsmotor verbleibt, der mit seiner Unterstützungsleistung die Tretleistung des Benutzers unterstützt.The advantage of a hub gear compared to a bottom bracket gear, for example, is that there is more space in the bottom bracket area for the auxiliary motor, which supports the user's pedaling performance with its assistance.
Ein Problem der Nabenschaltungen besteht jedoch darin, dass sie unter Last nicht oder nur schwer zu schalten sind. Kurz vor dem Umschalten zwischen verschiedenen Gängen der Nabenschaltung muss der Benutzer Kraft vom Pedal nehmen, um umschalten zu können. Geschieht dies nicht, lässt sich unter Umständen der gewünschte Gang nicht einlegen. Dies stört den Fahrfluss und führt zu einer Beeinträchtigung des Fahrgefühls. Insbesondere bei einer Fahrt bergauf kann ein Schaltvorgang unmöglich werden.However, one problem with hub gears is that they are difficult or impossible to shift under load. Shortly before switching between different gears on the hub gear, the user must take power from the pedal in order to switch. If this does not happen, the desired gear may not be able to be engaged. This disrupts the flow of the vehicle and impairs the driving experience. Changing gears may become impossible, especially when driving uphill.
Der Erfindung liegt in Anbetracht dessen die Aufgabe zugrunde, Nabenschaltungen bereitzustellen, die besser sie unter Last geschaltet werden können.In view of this, the invention is based on the object of providing hub gears that can be switched better under load.
Gelöst wird diese Aufgabe für den eingangs genannten Prozessor dadurch, dass der Prozessor ausgestaltet ist, ein Gangwechselsignal, das repräsentativ ist für einen von einem Benutzer des Fahrrads ausgelösten Gangwechsel, und ein Antriebsparametersignal zu empfangen, das repräsentativ ist wenigstens für ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, nach Empfang des Gangwechselsignals das Schaltsignal in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal auszugeben.This task is solved for the processor mentioned at the beginning in that the processor is designed to receive a gear change signal that is representative of a gear change triggered by a user of the bicycle and a drive parameter signal that is representative of at least a torque applied to the input shaft , wherein the processor is further designed to output the switching signal depending on the drive parameter signal after receiving the gear change signal.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Umschalten zwischen den Gängen eines mehrgängigen, von einem Aktor betätigten Nabenschaltgetriebes eines Fahrrads mit Hilfsmotor, wobei auf ein von einem Benutzer erzeugtes Gangwechselsignal hin der Aktor automatisch dann, insbesondere nur dann betätigt wird, wenn ein an einer Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes anliegendes Drehmoment kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist.The object is further achieved by a method for switching between the gears of a multi-speed hub gearbox of a bicycle with an auxiliary motor, which is actuated by an actuator, the actuator being activated automatically in response to a gear change signal generated by a user, in particular only when a gear change signal is activated The torque applied to the input shaft of the hub gearbox is less than a predetermined limit value.
Demnach wird zunächst ein Gangwechselsignal empfangen, das der Benutzer beispielsweise über einen Schalthebel oder einen Schaltknopf am Fahrradlenker erzeugt. Mit dem Gangwechselsignal gibt der Benutzer den Befehl, den Gang des Nabenschaltgetriebes zu wechseln. Der eigentliche Gangwechsel wird durch Ausgabe des Schaltsignals an den Aktor bzw. den Empfang des Schaltsignals durch den Aktor durchgeführt. Dies erfolgt jedoch erst nach dem Empfang des Gangwechselsignals und in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal, also in Abhängigkeit von dem an der Eingangswelle anliegenden Drehmoment, das von dem Antriebsparametersignal repräsentiert ist.Accordingly, a gear change signal is first received, which the user generates, for example, via a shift lever or a shift button on the bicycle handlebar. With the gear change signal, the user gives the command to change the gear of the hub gearbox. The actual gear change is carried out by outputting the switching signal to the actuator or receiving the switching signal by the actuator. However, this only occurs after receiving the gear change signal and depending on the drive parameter signal, i.e. depending on the torque applied to the input shaft, which is represented by the drive parameter signal.
Das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment ist ausschlaggebend für die im Nabenschaltgetriebe erzeugte Reibung. Ist dieses Drehmoment hoch, so entsteht eine hohe Reibungskraft, und die gegeneinander beweglichen Teile, beispielsweise die Verzahnungen oder Klinken von Kupplungen, können nur noch unter hohem Kraftaufwand bewegt werden.The torque applied to the input shaft is crucial for the friction generated in the hub gearbox. If this torque is high, a high frictional force is created, and the parts that move relative to one another, for example the teeth or pawls of clutches, can only be moved with great effort.
Der Aktor, beispielsweise ein magnetischer oder elektromotorischer Antrieb mit gegebenenfalls einem Getriebe, der die Schaltbewegung antreibt, kann jedoch nur eine begrenzte Schaltkraft aufwenden. Durch Erzeugung und Ausgabe des Schaltsignals in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal kann der Schaltvorgang nunmehr dann stattfinden, wenn das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment einen Wert aufweist, der so groß ist, dass der Aktor die im Getriebe vorhandene Reibung überwinden kann.However, the actuator, for example a magnetic or electric drive with possibly a gear that drives the switching movement, can only use a limited switching force. By generating and outputting the switching signal As a function of the drive parameter signal, the switching process can now take place when the torque applied to the input shaft has a value that is large enough for the actuator to be able to overcome the friction present in the transmission.
Der Ausdruck „empfangen“ umfasst sowohl ein aktives Abrufen des Signals, beispielsweise durch Abfragen eines Speicherplatzes, als auch ein passives Empfangen beispielsweise durch eine Eingangsschnittstelle des Prozessors oder durch ein Schreiben von außerhalb in einen Speicherort des Prozessors. Der Ausdruck „ausgeben“ umfasst allgemein ein Bereitstellen eines Signals für den Zugriff von außerhalb des Signals, beispielsweise indem ein Speicherort zum Auslesen von außerhalb des Prozessors bereitgestellt wird oder indem ein Signal an einer Ausgangsschnittstelle anliegt.The term "received" includes both active retrieval of the signal, for example by polling a memory location, and passive reception, for example by an input interface of the processor or by writing from outside to a memory location of the processor. The term "output" generally includes providing a signal for access from outside the signal, for example by providing a storage location for reading from outside the processor or by applying a signal to an output interface.
Die Erfindung kann durch die folgenden optionalen, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren weiterbildenden Merkmale verbessert werden. Dabei können die nachstehend angegebenen Merkmale unterschiedslos sowohl für eine Vorrichtung als auch für ein Verfahren eingesetzt werden, unabhängig davon, ob sie im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder mit einem Verfahren beschrieben sind.The invention can be improved by the following optional further features, each of which is advantageous and can be combined with one another in any way. The features specified below can be used indiscriminately for both a device and a method, regardless of whether they are described in connection with a device or with a method.
So kann beispielsweise das Schaltsignal ein Inkrementalsignal oder ein Absolutsignal sein. Ist das Schaltsignal ein Inkrementalsignal, so repräsentiert das Schaltsignal das herauf- oder herunterschalten um jeweils einen Gang oder eine vorbestimmte Anzahl von Gängen ausgehend vom jeweils eingelegten Gang. Das Schaltsignal kann ein Schaltimpuls oder eine Abfolge von Schaltimpulsen sein, wobei jeder Schaltimpuls oder dessen Dauer ein Herauf- oder Herunterschalten um eine vorbestimmte Anzahl von Gängen repräsentiert bzw. in Verbindung mit dem Aktor auslöst.For example, the switching signal can be an incremental signal or an absolute signal. If the shift signal is an incremental signal, the shift signal represents shifting up or down by one gear or a predetermined number of gears starting from the gear currently engaged. The switching signal can be a switching pulse or a sequence of switching pulses, with each switching pulse or its duration representing an upshift or downshift by a predetermined number of gears or triggering it in conjunction with the actuator.
Ist das Schaltsignal ein Absolutsignal, so kann es einen bestimmten Gang repräsentieren, der vom Aktor einzulegen ist. In diesem Fall gibt das Schaltsignal unabhängig vom jeweils eingelegten Gang an, welcher Gang vom Aktor einzulegen ist. Dieser Gang ist nachstehend als Soll-Gang bezeichnet. Der derzeit eingelegte Gang ist als Ist-Gang bezeichnet.If the switching signal is an absolute signal, it can represent a specific gear that is to be engaged by the actuator. In this case, the switching signal indicates which gear the actuator should engage, regardless of the gear engaged. This gear is referred to below as the target gear. The gear currently engaged is referred to as the actual gear.
Das Antriebsparametersignal muss nicht notwendigerweise unmittelbar das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment darstellen, wie es beispielsweise von einem Drehmomentsensor bereitgestellt werden würde, der an der Eingangswelle angeordnet ist und das dort anliegende Drehmoment direkt erfasst. Das Antriebsparametersignal kann auch eine Kombination mehrerer Einzelsignale sein, die zusammen die Berechnung oder Abschätzung des an der Eingangswelle anliegenden Drehmoments erlauben. Der Prozessor ist in diesem Fall bevorzugt ausgestaltet, aus den Einzelsignalen des Antriebsparametersignals das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment zu bestimmen. Beispielsweise umfasst das Antriebsparametersignal wenigstens ein Einzelsignal, das repräsentativ ist für einen Kennwert aus der Gruppe Winkellage, Drehmoment, Drehzahl, Leistung und/oder Beschleunigung. Dabei kann das Einzelsignal den Kennwert einer Stelle aus der Gruppe enthaltend eine Motorwelle des Hilfsmotors, die Tretlagerwelle, wenigstens eine Pedalkurbel, die Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes und eine Ausgangswelle des Nabenschaltgetriebes repräsentieren, beispielsweise, weil der das jeweilige Einzelsignal erzeugende Sensor an dieser Stelle angebracht ist bzw. misst. Wenn von Antriebsparametersignal die Rede ist, so ist damit jedes beliebige Einzelsignal gemeint, das im Antriebsparametersignal enthalten ist und zur Ermittlung des an der Eingangswelle anliegenden Drehmoments erforderlich ist.The drive parameter signal does not necessarily have to directly represent the torque applied to the input shaft, as would be provided, for example, by a torque sensor that is arranged on the input shaft and directly detects the torque applied there. The drive parameter signal can also be a combination of several individual signals, which together allow the torque applied to the input shaft to be calculated or estimated. In this case, the processor is preferably designed to determine the torque applied to the input shaft from the individual signals of the drive parameter signal. For example, the drive parameter signal includes at least one individual signal that is representative of a characteristic value from the group of angular position, torque, speed, power and/or acceleration. The individual signal can represent the characteristic value of a point from the group containing a motor shaft of the auxiliary motor, the bottom bracket shaft, at least one pedal crank, the input shaft of the hub gear and an output shaft of the hub gear, for example because the sensor generating the respective individual signal is attached to this point or . measures. When we talk about drive parameter signals, this means any individual signal that is contained in the drive parameter signal and is required to determine the torque applied to the input shaft.
Das Antriebsparametersignal kann repräsentativ für das momentan an der Eingangswelle anliegende Drehmoment sein, oder repräsentativ für ein gleitendes zeitliches Mittel des Drehmoments an der Eingangswelle über ein zum momentanen Zeitpunkt endendes Zeitfenster sein. Ein solches Zeitfenster kann beispielsweise eine Sekunde, drei Sekunden oder zehn Sekunden betragen.The drive parameter signal may be representative of the torque currently applied to the input shaft, or may be representative of a moving time average of the torque at the input shaft over a time window ending at the current time. Such a time window can be, for example, one second, three seconds or ten seconds.
Der Prozessor kann ferner ausgestaltet sein, einen zeitlichen Verlauf des Antriebsparametersignals zu empfangen, zu speichern und/oder zu verarbeiten. So kann beispielsweise der Prozessor ausgestaltet sein, aus einem zeitlichen Verlauf des Antriebsparametersignals einen für das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment repräsentativen Mittelwert zu ermitteln. Dadurch lassen sich kurzzeitige Schwankungen, die für den Schaltvorgang keine Rolle spielen, herausfiltern.The processor can further be designed to receive, store and/or process a time profile of the drive parameter signal. For example, the processor can be designed to determine an average value representative of the torque applied to the input shaft from a time profile of the drive parameter signal. This allows short-term fluctuations that play no role in the switching process to be filtered out.
Das Antriebsparametersignal muss, wie schon erwähnt, nicht notwendigerweise unmittelbar an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes ermittelt sein. So kann beispielsweise das Antriebsparametersignal auch an der Tretlagerwelle ermittelt sein, beispielsweise durch einen oder mehrere dort angeordnete Sensoren. Das dort ermittelte oder gemessene Drehmoment kann eine erste Näherung des an der Eingangswelle anliegenden Drehmoments darstellen, wenn Reibungsverluste auf dem Weg zur Eingangswelle vernachlässigt werden. Der Prozessor kann ausgestaltet sein, diese Verluste zu berücksichtigen, beispielsweise indem der Prozessor ausgestaltet ist, eine vorbestimmte Korrektur des Antriebsparametersignals zu berechnen, beispielsweise indem er einen vorbestimmten Korrekturfaktor, eine vorbestimmte Korrekturfunktion oder eine Lookup-Tabelle mit vorbestimmten Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen auf das Antriebsparametersignal anwendet. Diese Korrektur in Form einer rechnerischen Verlustkompensation kann Reibungsverluste berücksichtigen und beispielsweise drehzahl-, drehmoment- und/oder leistungsabhängig sein. Eine Korrektur ist vorzugsweise nur dann notwendig, wenn das Antriebsparametersignal nicht unmittelbar an der Eingangswelle erfasst ist.As already mentioned, the drive parameter signal does not necessarily have to be determined directly on the input shaft of the hub gearbox. For example, the drive parameter signal can also be determined on the bottom bracket shaft, for example by one or more sensors arranged there. The torque determined or measured there can represent a first approximation of the torque applied to the input shaft if friction losses on the way to the input shaft are neglected. The processor can be designed to take these losses into account, for example by the processor being designed to calculate a predetermined correction of the drive parameter signal, for example by calculating a predetermined one Correction factor, a predetermined correction function or a lookup table with predetermined correction factors or correction functions applies to the drive parameter signal. This correction in the form of a mathematical loss compensation can take friction losses into account and, for example, be dependent on speed, torque and/or power. A correction is preferably only necessary if the drive parameter signal is not detected directly on the input shaft.
Der Prozessor ist bevorzugt ausgestaltet, das Schaltsignal insbesondere nur auszugeben, wenn das Antriebsparametersignal bzw., gleichbedeutend, das vom Antriebsparametersignal repräsentierte Drehmoment kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Der vorbestimmte Wert stellt ein Drehmoment an der Eingangswelle dar, bei dem der Aktor noch sicher schalten kann. Ist das vom Antriebsparametersignal repräsentierte Drehmoment bzw. das Antriebsparametersignal selbst größer als der vorbestimmte Wert, wird bei dieser Ausgestaltung kein Schaltsignal ausgegeben. Der Aktor wäre in diesem Fall nämlich nicht in der Lage, den Schaltvorgang sicher durchzuführen. Das größte an der Eingangswelle anliegende Drehmoment, bei dem der Aktor noch sicher schalten kann, ist im Folgenden als Lastschaltmaximum bezeichnet.The processor is preferably designed to output the switching signal in particular only if the drive parameter signal or, equivalently, the torque represented by the drive parameter signal is smaller than a predetermined value. The predetermined value represents a torque on the input shaft at which the actuator can still switch safely. If the torque represented by the drive parameter signal or the drive parameter signal itself is greater than the predetermined value, no switching signal is output in this embodiment. In this case, the actuator would not be able to carry out the switching process safely. The greatest torque applied to the input shaft at which the actuator can still switch safely is referred to below as the load-shifting maximum.
Das Lastschaltmaximum kann bei manchen Nabenschaltgetrieben für das Herabschalten einen anderen Wert einnehmen als beim Heraufschalten. Der Prozessor kann daher ausgestaltet sein, ein Schaltrichtungssignal zu empfangen, das repräsentativ ist für eine Schaltrichtung in Richtung eines höheren oder niedrigeren Ganges, also repräsentativ ist für ein Herauf- oder Herunterschalten. Der Prozessor ist dabei bevorzugt ausgestaltet, das Schaltsignal abhängig vom Schaltrichtungssignal und Antriebsparametersignal auszugeben. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil bei einem Nabenschaltgetriebe das Lastschaltmaximum schaltrichtungsabhängig sein kann. So kann beispielsweise für das Herunterschalten eine niedrigere Kraft für den Gangwechsel erforderlich sein als für das Heraufschalten. Durch die Erzeugung bzw. Ausgabe des Schaltsignals (auch) in Abhängigkeit vom Schaltrichtungssignal kann die Schaltrichtungsabhängigkeit des Lastschaltmaximums bei der Durchführung des Schaltvorganges berücksichtigt werden. Der Prozessor kann bei dieser Ausführung ausgestaltet sein, das Lastschaltmaximum abhängig von der Schaltrichtung zu ermitteln bzw. einer Schaltrichtung ein Lastschaltmaximum zuzuordnen.In some hub gear transmissions, the powershift maximum can have a different value for downshifting than for upshifting. The processor can therefore be designed to receive a switching direction signal that is representative of a switching direction in the direction of a higher or lower gear, that is, representative of an upshift or downshift. The processor is preferably designed to output the switching signal depending on the switching direction signal and drive parameter signal. This configuration is advantageous because in a hub gearbox the powershift maximum can be dependent on the shifting direction. For example, downshifting may require a lower gear change force than upshifting. By generating or outputting the switching signal (also) depending on the switching direction signal, the switching direction dependence of the load switching maximum can be taken into account when carrying out the switching process. In this embodiment, the processor can be designed to determine the load switching maximum depending on the switching direction or to assign a load switching maximum to a switching direction.
Das Schaltrichtungssignal kann in einer Ausgestaltung Teil des Gangwechselsignals sein. Wenn das Gangwechselsignal beispielsweise ein Inkrementalsignal ist, dann ist das Schaltrichtungssignal im Gangwechselsignal enthalten. Ist das Gangwechselsignal ein Absolutsignal, dann ist es von Vorteil, wenn der Prozessor ausgestaltet ist, das Schaltrichtungssignal aus dem Schaltsignal zu berechnen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass aus einem als Absolutsignal erzeugten Schaltsignal die Differenz des im Schaltsignal repräsentierten Ganges, des Soll-Ganges, zum gerade eingelegten Ist-Gang berechnet wird. Zur Ermittlung des Ist-Ganges kann der Prozessor ausgestaltet sein, ein für den gerade eingelegten Gang repräsentatives Gangsignal zu empfangen.In one embodiment, the shift direction signal can be part of the gear change signal. If the gear change signal is, for example, an incremental signal, then the shift direction signal is included in the gear change signal. If the gear change signal is an absolute signal, then it is advantageous if the processor is designed to calculate the shift direction signal from the shift signal. This can be done, for example, by calculating the difference between the gear represented in the switching signal, the target gear, and the actual gear currently engaged from a switching signal generated as an absolute signal. To determine the actual gear, the processor can be designed to receive a gear signal representative of the gear currently engaged.
Bevorzugt wird der Aktor betrieben, wenn eine vorbestimmte Kurbelstellung von den Pedalkurbeln des Fahrrads erreicht wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Prozessor ausgestaltet ist, ein Kurbellagesignal zu empfangen, das repräsentativ ist für die Winkellage einer oder beider Pedalkurbeln des Fahrrads. Das Kurbellagesignal ist mit anderen Worten repräsentativ für die Kurbelstellung des Fahrrads. Der Prozessor ist hierbei insbesondere ausgestaltet, das Schaltsignal (auch) abhängig vom Kurbellagesignal bzw. von der Winkellage der Pedalkurbeln auszugeben. Das Kurbellagesignal kann ein Inkrementalsignal sein, das lediglich eine Änderung der Winkellage der Pedalkurbeln repräsentiert. Alternativ kann das Kurbellagesignal ein Absolutsignal sein, das einen Winkelwert der Winkellage der Pedalkurbeln zwischen beispielsweise 0° und 360 ° repräsentiert. Das Kurbellagesignal kann im Antriebsparametersignal enthalten oder ein separates Signal sein.The actuator is preferably operated when a predetermined crank position is reached by the pedal cranks of the bicycle. For this purpose, it can be provided that the processor is designed to receive a crank position signal that is representative of the angular position of one or both pedal cranks of the bicycle. In other words, the crank position signal is representative of the crank position of the bicycle. The processor is in particular designed to output the switching signal (also) depending on the crank position signal or on the angular position of the pedal cranks. The crank position signal can be an incremental signal that merely represents a change in the angular position of the pedal cranks. Alternatively, the crank position signal can be an absolute signal that represents an angular value of the angular position of the pedal cranks between, for example, 0° and 360°. The crank position signal can be included in the drive parameter signal or be a separate signal.
Die Ausgabe des Schaltsignals abhängig vom Kurbellagesignal ermöglicht es, einen Schaltvorgang dann durchzuführen, wenn es der Benutzer aufgrund der Tretbewegung am wenigsten merkt und/oder er gerade die geringste Kraft auf die Kurbeln ausübt. So ist beispielsweise die vom Benutzer erzeugte Tretkraft am geringsten, wenn sich die Pedalkurbeln an den Totpunkten befinden, also vertikal bzw. um die Vertikale ausgerichtet sind. Die vertikale Ausrichtung der Kurbeln ist im Folgenden als Totpunktlage bezeichnet. So kann in einer Weiterbildung der Prozessor ausgestaltet sein, das Schaltsignal auszugeben, wenn die vom Kurbellagesignal repräsentierte Winkellage der Pedalkurbel einen vorbestimmten Grenzwinkel vor der vertikalen oder senkrechten Pedalstellung entspricht. Ein solcher Grenzwinkel kann beispielsweise bei etwa 25 ° bis 10 ° vor der Totpunktlage liegen.The output of the switching signal depending on the crank position signal makes it possible to carry out a switching process when the user notices it least due to the pedaling movement and/or when he is exerting the least force on the cranks. For example, the pedaling force generated by the user is lowest when the pedal cranks are at the dead centers, i.e. are aligned vertically or around the vertical. The vertical alignment of the cranks is referred to below as the dead center position. In a further development, the processor can be designed to output the switching signal when the angular position of the pedal crank represented by the crank position signal corresponds to a predetermined limit angle in front of the vertical or vertical pedal position. Such a critical angle can be, for example, approximately 25° to 10° before the dead center position.
Der Prozessor kann in einer weiteren Ausbildung ausgestaltet sein, abhängig vom Antriebsparametersignal und vom Kurbellagesignal diejenige Winkellage zu berechnen, an der die vom Benutzer erzeugte Tretkraft bzw. das vom Benutzer erzeugte Drehmoment minimal ist und diesen Wert als Totpunktlage zu bestimmen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Prozessor ausgebildet ist, einen Zeitverlauf des Kurbellagesignals und einen Zeitverlauf des Antriebsparametersignals zu empfangen, und den Antriebsparameter zumindest einigen im Kurbellagesignal repräsentierten Winkellagen zuzuordnen und über mehrere Pedalumdrehungen für die einzelnen Winkellagen zu mitteln. Durch einen Kurvenfit kann eine Abschätzung über den zukünftigen Verlauf berechnet werden.In a further embodiment, the processor can be designed to calculate, depending on the drive parameter signal and the crank position signal, the angular position at which the pedaling force generated by the user or the torque generated by the user is minimum and to determine this value as the dead center position. This can be done, for example, by designing the processor is to receive a time course of the crank position signal and a time course of the drive parameter signal, and to assign the drive parameter to at least some angular positions represented in the crank position signal and to average them over several pedal revolutions for the individual angular positions. Using a curve fit, an estimate of the future course can be calculated.
Der Prozessor kann ferner ausgebildet sein, ein Leistungssignal zu empfangen, das repräsentativ für eine Tretleistung des Benutzers und/oder eine Unterstützungsleistung des Hilfsmotors insbesondere an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes ist. Der Prozessor ist bevorzugt ausgestaltet, abhängig vom Leistungssignal die drei Leistungen Tretleistung, Unterstützungsleistung und Gesamtleistung zu ermitteln. Ferner kann der Prozessor ausgebildet sein, abhängig vom Antriebsparametersignal und vom Leistungssignal den vom Benutzer erzeugten Anteil und/oder den vom Hilfsmotor erzeugten Anteil am an der Eingangswelle anliegenden Drehmoment zu ermitteln.The processor can further be designed to receive a power signal that is representative of a pedaling power of the user and/or a support power of the auxiliary motor, in particular on the input shaft of the hub gearbox. The processor is preferably designed to determine the three services pedal power, support power and total power depending on the power signal. Furthermore, the processor can be designed to determine, depending on the drive parameter signal and the power signal, the portion generated by the user and/or the portion generated by the auxiliary motor of the torque applied to the input shaft.
Der Empfang des Leistungssignals und die Ermittlung der Tretleistung ist insofern vorteilhaft, als der Prozessor dadurch in die Lage versetzt ist, den Hilfsmotor genauer zu steuern. Insbesondere ermöglicht das Leistungssignal eine Steuerung des Hilfsmotors bzw. dessen Unterstützungsleistung durch den Prozessor in Abhängigkeit vom Gangwechselsignal. Hierauf ist weiter unten noch genauer eingegangen.Receiving the power signal and determining the pedaling power is advantageous in that it enables the processor to control the auxiliary motor more precisely. In particular, the power signal enables the auxiliary motor or its support power to be controlled by the processor as a function of the gear change signal. This is discussed in more detail below.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Prozessor ausgestaltet sein, ein Motorsteuersignal zu erzeugen und auszugeben, das repräsentativ für eine vom Hilfsmotor abzugebende Unterstützungsleistung ist, wobei der Prozessor ausgestaltet ist, das Motorsteuersignal abhängig vom Gangwechselsignal und vom Antriebsparametersignal zu erzeugen. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die vom Hilfsmotor erzeugte Unterstützungsleistung, die die vom Benutzer erzeugte Tretleistung erhöht, so anzupassen, dass ein Gangwechsel möglich ist.According to a further advantageous embodiment, the processor can be designed to generate and output an engine control signal that is representative of an assistance power to be delivered by the auxiliary engine, wherein the processor is designed to generate the engine control signal depending on the gear change signal and the drive parameter signal. With this configuration, it is possible to adapt the assistance power generated by the auxiliary motor, which increases the pedaling power generated by the user, so that a gear change is possible.
Bevorzugt ist es ferner, wenn die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors während des Betriebs des Aktors insbesondere vorübergehend verringert wird. Insbesondere kann die Unterstützungsleistung während des Betriebs des Aktors auf einen Wert verringert werden, bei dem das Drehmoment an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes kleiner als das Lastschaltmaximum ist. So kann beispielsweise der Prozessor ausgestaltet sein, abhängig vom Antriebsparametersignal und/oder vom Leistungssignal eine Tretleistung des Benutzers zu ermitteln und das Motorsteuersignal abhängig von der ermittelten Tretleistung zu erzeugen.It is also preferred if the support power of the auxiliary motor is reduced, in particular temporarily, during operation of the actuator. In particular, the assistance power can be reduced during operation of the actuator to a value at which the torque on the input shaft of the hub gearbox is smaller than the powershift maximum. For example, the processor can be designed to determine the user's pedaling power depending on the drive parameter signal and/or the power signal and to generate the motor control signal depending on the determined pedaling power.
Der Prozessor kann insbesondere ausgebildet sein, die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors abhängig vom Antriebsparametersignal und vom Gangwechselsignal einzustellen bzw. zu steuern. Zusätzlich kann der Prozessor ausgebildet sein, die Unterstützungsleistung abhängig vom Leistungssignal bzw. der Tretleistung einzustellen bzw. zu steuern. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Prozessor ausgebildet ist, das Unterstützungsmoment des Hilfsmotors so einzustellen, dass das Drehmoment an der Eingangswelle kleiner als das Lastschaltmaximum ist, wenn die Tretleistung ein Drehmoment an der Eingangswelle erzeugt, das kleiner als das Lastschaltmaximum ist. Ist also das an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes anliegende Drehmoment deswegen größer als das Lastschaltmaximum, weil der Tretleistung noch die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors hinzugefügt ist, so wird bei dieser Ausgestaltung die Unterstützungsleistung so abgesenkt, dass an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes die Summe des aus der Tretleistung resultierenden Drehmoments und des aus der Unterstützungsleistung resultierenden Drehmoments kleiner als das Lastschaltmaximum ist.The processor can in particular be designed to set or control the assistance power of the auxiliary motor depending on the drive parameter signal and the gear change signal. In addition, the processor can be designed to set or control the support power depending on the power signal or the pedaling power. It is advantageous if the processor is designed to set the assist torque of the auxiliary motor so that the torque at the input shaft is smaller than the powershift maximum when the pedal power generates a torque at the input shaft that is smaller than the powershift maximum. So if the torque applied to the input shaft of the hub gearbox is greater than the powershift maximum because the support power of the auxiliary motor is added to the pedaling power, then in this embodiment the support power is reduced so that the sum of the pedaling power resulting from the pedaling power is at the input shaft of the hub gearbox Torque and the torque resulting from the support power is smaller than the powershift maximum.
Im Betrieb kann es vorkommen, dass der Benutzer mehrere Schaltbefehle und damit Gangwechselsignale in kürzerer Abfolge erzeugt, als das Nabenschaltgetriebe schalten kann. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das Lastschaltmaximum nur an bestimmten Kurbellagen unterschritten wird und/oder ein Schalten nur an bestimmten Kurbellagen stattfindet, denn dann sind die zum Schalten notwendigen Bedingungen nur zu bestimmten Zeitpunkten erfüllt. Ferner kann es vorkommen, dass sich einzelne Schaltbefehle einer solchen Sequenz gegeneinander aufheben, beispielsweise weil der Benutzer kurz hintereinander zweimal eine Gangerhöhung und einmal eine Gangverringerung auslöst. Folglich sollte der Prozessor in einer vorteilhaften Ausgestaltung in der Lage sein, die noch nicht abgearbeiteten Gangwechselsignale zu speichern. Ferner ist es von Vorteil, wenn der Prozessor ausgebildet ist, die noch nicht abgearbeiteten, zeitlich aufeinander folgenden Gangwechselsignale zusammenzufassen und das Schaltsignal abhängig von der Zusammenfassung auszugeben. Werden beispielsweise kurz hintereinander zwei Befehle zum Heraufschalten um jeweils einen Gang und ein Befehl zum Herabschalten um jeweils einen Gang gegeben, so wird als Folge der Zusammenfassung ein Schaltsignal ausgegeben, das lediglich einen Gang heraufschaltet. Werden gemäß einem anderen Beispiel drei Befehle zum Herabschalten um jeweils einen Gang und ein Befehl zum Heraufschalten um einen Gang gegeben, so fasst der Prozessor die darauf basierenden Gangwechselsignale zusammen, sodass das Schaltsignal das Herabschalten um zwei Gänge repräsentiert. In einem anderen Fall kann ein einmaliges Heraufschalten und ein sofortiges Herunterschalten oder umgekehrt erst gar keinen Gangwechsel auslösen.During operation, it can happen that the user generates several switching commands and thus gear change signals in a shorter sequence than the hub gearbox can shift. This can be the case in particular if the powershift maximum is only undershot at certain crank positions and/or switching only takes place at certain crank positions, because then the conditions necessary for switching are only met at certain times. Furthermore, it can happen that individual switching commands in such a sequence cancel each other out, for example because the user triggers a gear increase twice and a gear reduction once in quick succession. Consequently, in an advantageous embodiment, the processor should be able to store the gear change signals that have not yet been processed. Furthermore, it is advantageous if the processor is designed to combine the not yet processed, successive gear change signals and to output the switching signal depending on the summary. For example, if two commands to shift up by one gear each and one command to shift down by one gear each are given in quick succession, a switching signal is output as a result of the combination, which only shifts up one gear. According to another example, if three commands are given to shift down by one gear and one command to shift up by one gear, the processor combines the gear change signals based thereon so that the shift signal represents downshifting by two gears. In one In other cases, a one-time upshift and an immediate downshift or, conversely, no gear change at all.
Für einen präzisen Schaltvorgang ist es von Vorteil, wenn der Prozessor ausgestaltet ist, ein Gangsignal zu empfangen, das repräsentativ ist für den am Nabenschaltgetriebe gerade eingelegten Gang. Der Prozessor kann dabei ausgestaltet sein, das Schaltsignal abhängig vom Gangsignal zu erzeugen. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass der Prozessor kein Schaltsignal ausgibt, wenn bei eingelegtem kleinsten Gang das Gangwechselsignal und/oder das Schaltrichtungssignal ein Herabschalten repräsentiert oder bei eingelegtem größten Gang das Gangwechselsignal und/oder das Schaltrichtungssignal ein Heraufschalten repräsentiert.For a precise switching process, it is advantageous if the processor is designed to receive a gear signal that is representative of the gear currently engaged on the hub gearbox. The processor can be designed to generate the switching signal depending on the gear signal. In this embodiment, it is possible for the processor not to output a shift signal if the gear change signal and/or the shift direction signal represents a downshift when the lowest gear is engaged or the gear change signal and/or the shift direction signal represents an upshift when the highest gear is engaged.
Das Gangsignal muss nicht notwendigerweise von außen an den Prozessor herangeführt sein. Es kann auch im Prozessor selbst ermittelt sein, indem die aufeinanderfolgenden Gangwechselsignale laufend oder ausgehend von einem Referenzgang aufaddiert werden, wenn sie Inkrementalsignale sind, oder das jeweils letzte Gangwechselsignal im Falle eines Absolutsignals das Gangsignal darstellt. Diese Lösung ist allerdings gegenüber einer Ermittlung des Gangsignals unmittelbar am Getriebe nachteilig, weil sich keine Regelung der Ganglage implementieren lässt.The gear signal does not necessarily have to be brought to the processor from outside. It can also be determined in the processor itself by adding up the successive gear change signals continuously or starting from a reference gear if they are incremental signals, or by the last gear change signal representing the gear signal in the case of an absolute signal. However, this solution is disadvantageous compared to determining the gear signal directly on the transmission because no control of the gear position can be implemented.
Das Gangsignal kann in einer weiteren Ausgestaltung aus dem Antriebsparametersignal ermittelt werden, wenn beispielsweise das Antriebsparametersignal oder das Gangsignal zwei Einzelsignale enthält, die repräsentativ für die Drehzahl der Eingangswelle und die Drehzahl der Ausgangswelle des Nabenschaltgetriebes sind. Über das Verhältnis dieser beiden Drehzahlen und beispielsweise einer im Prozessor abgelegten Lookup-Tabelle, die die Übersetzungsverhältnisse der Gangstufen des Nabenschaltgetriebes repräsentiert, lässt sich auf diese Weise der Ist-Gang ermitteln. Der Prozessor kann also ausgestaltet sein, den gerade eingelegten Gang anhand des Antriebsparametersignals zu ermitteln. Ferner kann der Prozessor ausgestaltet sein, abhängig von wenigstens einem empfangenen Gangwechselsignal einen Soll-Gang, also den einzulegenden Gang, und abhängig vom Gangsignal einen Ist-Gang, also den derzeit eingelegten Gang, zu ermitteln. Dabei ist der Prozessor bevorzugt ausgestaltet, das Schaltsignal auszugeben, bis ein dem Soll-Gang entsprechender Ist-Gang im Gangsignal repräsentiert ist.In a further embodiment, the gear signal can be determined from the drive parameter signal if, for example, the drive parameter signal or the gear signal contains two individual signals that are representative of the speed of the input shaft and the speed of the output shaft of the hub gearbox. In this way, the actual gear can be determined using the ratio of these two speeds and, for example, a lookup table stored in the processor that represents the gear ratios of the gear stages of the hub gearbox. The processor can therefore be designed to determine the gear currently engaged based on the drive parameter signal. Furthermore, the processor can be designed to determine a target gear, i.e. the gear to be engaged, depending on at least one received gear change signal, and an actual gear, i.e. the gear currently engaged, depending on the gear signal. The processor is preferably designed to output the switching signal until an actual gear corresponding to the target gear is represented in the gear signal.
Der Prozessor kann ferner ausgestaltet sein, das Schaltrichtungssignal aus dem Gangwechselsignal und dem Gangsignal zu ermitteln. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Gangwechselsignal ein Absolutsignal ist, also den Soll-Gang repräsentiert und nicht, wie ein Inkrementalsignal, eine Anzahl von zu schaltenden Gängen.The processor can further be designed to determine the switching direction signal from the gear change signal and the gear signal. This is particularly advantageous if the gear change signal is an absolute signal, i.e. represents the target gear and not, like an incremental signal, a number of gears to be shifted.
Das Gangsignal kann sich in einer Ausgestaltung aus Einzelsignalen zusammensetzen, wobei jedes Einzelsignal des Gangsignals den Schaltzustand einer Kupplung des Nabenschaltgetriebes repräsentiert. Der Prozessor kann dabei ausgestaltet sein, den von den Einzelsignalen repräsentierten Schaltzuständen einem Ist-Gang zuzuordnen.In one embodiment, the gear signal can be composed of individual signals, with each individual signal of the gear signal representing the switching state of a clutch of the hub gearbox. The processor can be designed to assign the switching states represented by the individual signals to an actual gear.
Der Prozessor kann ferner ausgestaltet sein, ein Teilgetriebedrehzahlsignal zu empfangen, das repräsentativ ist für eine Drehzahl zwischen zwei Teilgetrieben des Nabenschaltgetriebes. Das Teilgetriebedrehzahlsignal kann Teil des Antriebsparametersignals sein. Der Prozessor kann dabei ausgestaltet sein, den Ist-Gang abhängig vom Antriebsparametersignal und vom Getriebedrehzahlsignal zu ermitteln. Anhand der Drehzahl zwischen zwei Teilgetrieben kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Prozessor das Übersetzungsverhältnis und daraus den gerade eingelegten Gang ermitteln. Das Teilgetriebedrehzahlsignal kann auch ein Drehwinkelsignal sein. In diesem Fall sollte der Prozessor ausgebildet sein, die Drehzahl durch zeitliche Ableitung des Drehwinkelsignals zu ermitteln.The processor can further be designed to receive a partial transmission speed signal that is representative of a speed between two partial transmissions of the hub gearbox. The partial transmission speed signal can be part of the drive parameter signal. The processor can be designed to determine the actual gear depending on the drive parameter signal and the transmission speed signal. According to a further embodiment, the processor can use the speed between two partial transmissions to determine the gear ratio and from this the gear currently engaged. The partial transmission speed signal can also be a rotation angle signal. In this case, the processor should be designed to determine the speed by deriving the rotation angle signal over time.
Die für einen Gangwechsel benötigte Schaltkraft kann nicht nur von der Schaltrichtung abhängen, sondern auch vom gerade eingelegten Gang, also dem Ist-Gang. Um diese Abhängigkeit zu berücksichtigen, kann der Prozessor ausgestaltet sein, das Lastschaltmaximum abhängig vom Gangsignal zu berechnen bzw. das Schaltsignal abhängig vom Gangsignal zu berechnen. Beispielsweise kann der Prozessor ausgestaltet sein, das Lastschaltmaximum mittels einer Lookup-Tabelle abhängig vom Gangsignal zu ermitteln. In der Lookup-Tabelle können unterschiedlichen Gängen unterschiedliche Lastschaltmaxima zugeordnet sein.The shifting force required to change gears can depend not only on the shifting direction, but also on the gear currently engaged, i.e. the actual gear. In order to take this dependency into account, the processor can be designed to calculate the load shift maximum depending on the gear signal or to calculate the switching signal depending on the gear signal. For example, the processor can be designed to determine the powershift maximum using a lookup table depending on the gear signal. In the lookup table, different powershift maximums can be assigned to different gears.
Es kann der Fall eintreten, dass während des Schaltvorganges das Lastschaltmaximum an der Eingangswelle des Schaltgetriebes überschritten wird, obwohl es beim Einleiten des Schaltvorgangs bzw. Ausgabe des Schaltsignals noch nicht überschritten war. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass der Aktor bzw. das Schaltelement in einer Stellung verharren, die zwischen zwei Gängen liegt. Um dies zu vermeiden kann der Prozessor ausgestaltet sein, nach Beendigung eines Schaltvorganges den Ist-Gang mit dem Soll-Gang zu vergleichen und, wenn der Ist-Gang nicht dem Soll-Gang entspricht, den Soll-Gang dem Ist-Gang gleichsetzen und einen Schaltbefehl auszugeben, der einen Schaltvorgang zum Soll-Gang repräsentiert. Dadurch wird der Aktor bzw. das Schaltelement auf die Position zurückbewegt, die dem zuletzt vollständig eingelegten Gang entspricht, wie er im Gangsignal repräsentiert ist.It can happen that the load shift maximum on the input shaft of the manual transmission is exceeded during the switching process, even though it had not yet been exceeded when the switching process was initiated or the switching signal was output. In this case, there is a risk that the actuator or the switching element will remain in a position that lies between two gears. To avoid this, the processor can be designed to compare the actual gear with the target gear after a switching process has ended and, if the actual gear does not correspond to the target gear, to equate the target gear to the actual gear and set one To issue a switching command that represents a switching process to the target gear. As a result, the actuator or the switching element is moved back to the position that was last fully inserted th gear corresponds to how it is represented in the gear signal.
Ein Getriebeschaltsystem für ein Fahrrad mit Hilfsmotor, das einen Prozessor in einer der obigen Ausgestaltungen aufweist, ist bevorzugt mit dem die Eingangswelle aufweisenden Nabenschaltgetriebe, dem Aktor und mit einer Sensoreinrichtung versehen, die ausgebildet ist, das Antriebsparametersignal zu erzeugen.A transmission switching system for a bicycle with an auxiliary motor, which has a processor in one of the above embodiments, is preferably provided with the hub gearbox having the input shaft, the actuator and with a sensor device which is designed to generate the drive parameter signal.
Die Sensoranordnung kann einen oder mehrere Antriebsparametersensoren aufweisen, wobei bei mehreren Antriebsparametersensoren jeder Sensor ein Einzelsignal des Antriebsparametersignals erzeugen kann.The sensor arrangement can have one or more drive parameter sensors, whereby in the case of several drive parameter sensors, each sensor can generate an individual signal of the drive parameter signal.
So kann beispielsweise ein Antriebsparametersensor der Sensoranordnung unmittelbar an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes angeordnet sein. Der Antriebsparametersensor an der Eingangswelle kann ein Drehmomentsensor sein, sodass das von ihm erzeugte Antriebsparametersignal unmittelbar das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment repräsentiert. Der Antriebsparametersensor an der Eingangswelle kann jedoch in einer weiteren Ausgestaltung auch einen Drehzahlsensor und/oder Drehwinkelsensor aufweisen und/oder ein Leistungssensor sein.For example, a drive parameter sensor of the sensor arrangement can be arranged directly on the input shaft of the hub gearbox. The drive parameter sensor on the input shaft can be a torque sensor, so that the drive parameter signal generated by it directly represents the torque applied to the input shaft. However, in a further embodiment, the drive parameter sensor on the input shaft can also have a speed sensor and/or rotation angle sensor and/or be a power sensor.
Ein solcher Antriebsparametersensor oder ein weiterer Antriebsparametersensor kann alternativ oder zusätzlich an einer anderen Stelle als der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes angeordnet sein, beispielsweise an der Tretlagerwelle und/oder der Hinterradnabe. Wie oben beschrieben ist, kann das von einem derart platzierten Antriebsparametersensor erzeugte Antriebsparametersignal mit oder ohne Korrektur als ein das Drehmoment an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes repräsentierendes Signal verwendet werden, da es das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment ausreichend genau wiedergibt.Such a drive parameter sensor or a further drive parameter sensor can alternatively or additionally be arranged at a location other than the input shaft of the hub gear, for example on the bottom bracket shaft and/or the rear wheel hub. As described above, the drive parameter signal generated by a drive parameter sensor placed in this way can be used with or without correction as a signal representing the torque on the input shaft of the hub gear, since it reproduces the torque applied to the input shaft with sufficient accuracy.
Die Sensoranordnung kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einen Kurbellagesensor aufweisen, der ausgebildet ist, das Kurbellagesignal auszugeben. Der Kurbellagesensor kann an der Tretlagerwelle oder einer Kurbel angeordnet sein.In a further advantageous embodiment, the sensor arrangement can have a crank position sensor which is designed to output the crank position signal. The crank position sensor can be arranged on the bottom bracket shaft or a crank.
Ferner kann die Sensoranordnung einen Gangsensor aufweisen, der ausgebildet ist, das Gangsignal zu erzeugen. Der Gangsensor kann im Nabenschaltgetriebe integriert sein bzw. innerhalb eines Gehäuses des Nabenschaltgetriebes angeordnet sein. Der Gangsensor kann einen oder mehrere Drehzahlsensoren und/oder Drehwinkelsensoren aufweisen, die beispielsweise an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes, der Ausgangswelle des Nabenschaltgetriebes und/oder einer Ausgangswelle oder Getriebewelle (falls vorhanden) des Aktors angeordnet sind. Die Gangsensoren an der Eingangswelle und/oder der Ausgangswelle des Getriebes können gleichzeitig als Antriebsparametersensoren dienen. Ferner kann der Gangsensor einen Positionssensor, beispielsweise einen Drehwinkelsensor oder einen Lagesensor an einem vom Aktor angetriebenen Schaltglied, beispielsweise einer Schalttrommel, des Getriebes aufweisen. Der Gangsensor kann ferner einen oder mehrere Drehwinkelsensoren und/oder Drehlagesensoren zwischen Teilgetrieben des Nabenschaltgetriebes aufweisen. Schließlich kann der Gangsensor eine oder mehrere Positionssensoren aufweisen, die ausgestaltet sind, die Lage von Kupplungselementen des Nabenschaltgetriebes zu erfassen und als Gangsignal auszugeben, wie oben bereits erläutert ist.Furthermore, the sensor arrangement can have a gear sensor that is designed to generate the gear signal. The gear sensor can be integrated in the hub gearbox or arranged within a housing of the hub gearbox. The gear sensor can have one or more speed sensors and / or rotation angle sensors, which are arranged, for example, on the input shaft of the hub gear, the output shaft of the hub gear and / or an output shaft or gear shaft (if present) of the actuator. The gear sensors on the input shaft and/or the output shaft of the transmission can simultaneously serve as drive parameter sensors. Furthermore, the gear sensor can have a position sensor, for example a rotation angle sensor or a position sensor on a switching element driven by the actuator, for example a switching drum, of the transmission. The gear sensor can also have one or more rotation angle sensors and/or rotation position sensors between sub-gears of the hub gearbox. Finally, the gear sensor can have one or more position sensors that are designed to detect the position of clutch elements of the hub gear and output it as a gear signal, as already explained above.
Die Sensoranordnung kann ferner einen Leistungssensor aufweisen, der ausgebildet ist, wenigstens zwei Leistungen aus der Gruppe enthaltend Tretleistung, Unterstützungsleistung und Gesamtleistung zu ermitteln und als Leistungssignal auszugeben. Der Leistungssensor kann einen oder mehrere Einzelsensoren umfassen, die beispielsweise die Leistung an einem Ausgang des Hilfsmotors, an der Tretlagerwelle, an der Ausgangswelle des Getriebes und/oder an der Eingangswelle des Getriebes, und/oder den Motorstrom, die Motorspannung und/oder die momentan vom Hilfsmotor aufgenommene elektrisch Leistung erfassen.The sensor arrangement can also have a power sensor which is designed to determine at least two services from the group containing pedaling power, support power and total power and to output them as a power signal. The power sensor can include one or more individual sensors, for example the power at an output of the auxiliary motor, on the bottom bracket shaft, on the output shaft of the transmission and/or on the input shaft of the transmission, and/or the motor current, the motor voltage and/or the current Record the electrical power consumed by the auxiliary motor.
Das Getriebeschaltsystem kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung einen von Hand betätigbar ausgestalteten Gangschalter aufweisen, der ausgebildet ist, bei Betätigung das Gangwechselsignal zu erzeugen. Der Gangschalter kann am Lenker, Rahmen, Bremsgriff des Fahrrades und/oder an einem anderen ergonomisch durch den Benutzer erreichbaren Bauteil integriert ausgestaltet sein.According to a further embodiment, the transmission switching system can have a gear switch designed to be manually operable and designed to generate the gear change signal when actuated. The gear switch can be integrated into the handlebars, frame, brake handle of the bicycle and/or another component that is ergonomically accessible to the user.
Das Getriebeschaltsystem kann ferner den Hilfsmotor umfassen, der ausgebildet ist, eine Unterstützungsleistung in Abhängigkeit vom Motorsteuersignal zu erzeugen.The transmission shifting system may further include the auxiliary motor, which is designed to generate assistance power depending on the engine control signal.
Der Aktor des Getriebeschaltsystems ist bevorzugt ein Elektromotor oder ein Magnetantrieb. Bevorzugt ist der Aktor ein Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe, um eine möglichst hohe Schaltkraft oder ein möglichst hohes Schaltmoment aufzubringen.The actuator of the transmission switching system is preferably an electric motor or a magnetic drive. The actuator is preferably an electric motor with a reduction gear in order to generate the highest possible switching force or switching torque.
Der Aktor ist ausgestaltet, einen Schaltvorgang abhängig vom Schaltsignal anzutreiben. Der Aktor bewegt ein oder mehrere Schaltglieder, durch deren Bewegung Kupplungen des Nabenschaltgetriebes in vorbestimmter Abfolge ein- und ausgekuppelt werden und somit die den Kupplungen zugeordneten Getriebestufen ein- und auskuppeln. Die vom Aktor angetriebene Bewegung kann eine rotatorische oder translatorische Bewegung oder eine Kombination einer translatorischen oder rotatorischen Bewegung sein. Beispielsweise kann das Schaltglied eine Schalttrommel oder Schaltwelle sein, deren Winkellage den Schaltzustand der Kupplungen und damit den jeweils eingelegten Gang bestimmt. Die Kupplungen können ein- und ausrückbare Zahnkupplungen oder Klinken aufweisen. Das Nabenschaltgetriebe ist bevorzugt ausgestaltet, auch im Stillstand geschaltet werden zu können.The actuator is designed to drive a switching process depending on the switching signal. The actuator moves one or more switching elements, through the movement of which clutches of the hub gearbox are engaged and disengaged in a predetermined sequence and thus engage and disengage the gear stages assigned to the clutches. The ones from Actuator driven movement can be a rotational or translational movement or a combination of a translational or rotational movement. For example, the switching element can be a switching drum or switching shaft, the angular position of which determines the switching state of the clutches and thus the gear selected. The clutches can have tooth clutches or pawls that can be engaged and disengaged. The hub gearbox is preferably designed to be able to be shifted even when stationary.
Das Gangwechselsignal, das Antriebsparametersignal, das Schaltsignal, das Leistungssignal, das Schaltrichtungssignal, das Kurbellagesignal und/oder das Gangsignal sind bevorzugt elektrische Signale. Hierbei kann es sich um analoge oder digitale elektrische Signale handeln. Die einzelnen Signale können unabhängig voneinander drahtgebunden oder drahtlos gesendet sein. The gear change signal, the drive parameter signal, the shift signal, the power signal, the shift direction signal, the crank position signal and/or the gear signal are preferably electrical signals. These can be analog or digital electrical signals. The individual signals can be sent independently of each other via wire or wirelessly.
Bei dem Prozessor handelt es sich bevorzugt um einen elektronischen Baustein, beispielsweise einen ASIC oder um eine entsprechend programmierte Steuereinheit des Hilfsmotors. Der Prozessor kann auch ein Smartphone sein, auf dem eine Applikation mit dem oben beschriebenen Funktionsumfang läuft.The processor is preferably an electronic component, for example an ASIC or a correspondingly programmed control unit of the auxiliary motor. The processor can also be a smartphone running an application with the functionality described above.
Der Prozessor kann eine Eingangsschnittstelle aufweisen, die zum Empfang der oben genannten Signale ausgebildet ist. Die Eingangsschnittstelle kann für einen drahtgebundenen und/oder drahtlosen Empfang dieser Signale ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Eingangsschnittstelle einen Bluetooth-, ANT- und/oder WLAN-Empfänger aufweisen. Ferner kann der Prozessor eine drahtgebunden und/oder drahtlos funktionierende Ausgangsschnittstelle aufweisen, an der das Schaltsignal und/oder das Motorsteuersignal von außerhalb des Prozessors abrufbar ist, gesendet wird und/oder anliegt. Die Ausgangsschnittstelle kann insbesondere einen Bluetooth-, ANT- und/oder WLAN-Sender aufweisen. Selbstverständlich können der Bluetooth-, ANT- und/oder WLAN-Sender und Bluetooth-, ANT- und/oder WLAN-Empfänger in einem elektronischen Baustein integriert sein.The processor may have an input interface designed to receive the above-mentioned signals. The input interface can be designed for wired and/or wireless reception of these signals. For example, the input interface can have a Bluetooth, ANT and/or WLAN receiver. Furthermore, the processor can have a wired and/or wireless output interface at which the switching signal and/or the motor control signal can be called up, is sent and/or is present from outside the processor. The output interface can in particular have a Bluetooth, ANT and/or WLAN transmitter. Of course, the Bluetooth, ANT and/or WLAN transmitter and Bluetooth, ANT and/or WLAN receiver can be integrated in an electronic component.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Nach Maßgabe der obigen Beschreibung können dabei Merkmale, auf deren technischen Effekt es bei einer bestimmten Anwendung nicht ankommt, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weggelassen werden. Umgekehrt können oben beschriebene Merkmale, die beim beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht vorhanden sind, hinzugefügt werden, wenn es auf den mit diesen Merkmalen verbundenen technischen Effekt bei einer bestimmten Anwendung ankommen sollte.The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. In accordance with the above description, features whose technical effect is not important for a specific application can be omitted from the exemplary embodiment described. Conversely, features described above that are not present in the exemplary embodiment described can be added if the technical effect associated with these features is important in a particular application.
In der nachstehenden Beschreibung sind Merkmale, die einander hinsichtlich Funktion und/oder Struktur entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.In the description below, features that correspond to one another in terms of function and/or structure are given the same reference numerals.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrrads mit Hilfsmotor, Prozessor und Getriebeschaltsystem; -
2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ansicht eines Getriebeschaltsystems mit einem Aktor von außen; -
3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Getriebeschaltsystems; -
4 eine schematische Darstellung des Verlaufs eines von einem Benutzer erzeugten Tretmoments; -
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Verarbeitung eines Gangwechselsignals; -
6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Drehmoments an einer Eingangswelle eines Nabenschaltgetriebes; -
7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung des gerade eingelegten Ganges; -
8 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung einer Kurbelstellung; und -
9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Schalten unter Last.
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1 a schematic representation of a bicycle with an auxiliary motor, processor and transmission switching system; -
2 a schematic perspective representation of a view of a transmission shifting system with an actuator from the outside; -
3 a schematic representation of the structure of a transmission switching system; -
4 a schematic representation of the course of a pedaling torque generated by a user; -
5 a schematic representation of a method for processing a gear change signal; -
6 a schematic representation of a method for determining a torque on an input shaft of a hub gearbox; -
7 a schematic representation of a method for determining the gear currently engaged; -
8th a schematic representation of a method for determining a crank position; and -
9 a schematic representation of a method for switching under load.
Das Fahrrad 1 weist ferner einen Akkumulator 10 auf, der als Energiequelle für den Hilfsmotor 2 dient.The bicycle 1 also has an
Der Hilfsmotor 2 fügt der vom Benutzer erzeugten Tretleistung eine Unterstützungsleistung hinzu. Ein Zugmitteltrieb 12, beispielsweise ein Riementrieb oder ein Kettentrieb, dient dazu, die Antriebsleistung, die sich aus der Tretleistung und der Unterstützungsleistung zusammensetzt, an das Hinterrad 14 zu übertragen. An der Hinterradnabe 16 sitzt eine Nabenschaltung 18 in Form eines Nabenschaltgetriebes 20. Der Hilfsmotor 2 kann alternativ zu der in
Das Nabenschaltgetriebe 20 stellt eine Mehrzahl von Gängen bereit. Beim hier geschilderten Ausführungsbeispiel wird das Nabenschaltgetriebe 20 elektrisch geschaltet, indem der Benutzer einen Gangwechsel durch Betätigen eines Gangschalters 22 aus löst, der an einem Lenker 24 oder an einer am Lenker angebrachten Bremse (nicht dargestellt) befestigt sein kann. Das Fahrrad 1 weist ferner eine Steuereinheit 26 auf, mit der der Hilfsmotor 2 sowie gegebenenfalls auch weitere Funktionen des Fahrrads 1 gesteuert werden kann und das den Benutzer mittels eines Displays 28 verschiedene Informationen wie Geschwindigkeit, Trittfrequenz, zurückgelegte Kilometer oder Navigationsfunktionen zur Verfügung stellt. Gangschalter 22 und Steuereinheit 26 können zwei getrennte Geräte oder baulich vereint sein.The
Ein Prozessor 30 dient zur Steuerung des Nabenschaltgetriebes, insbesondere zur Steuerung des Schaltvorganges des Nabenschaltgetriebes 20. Der Prozessor 30 kann Teil des Gangschalters 22, der Steuereinheit 26 sein oder aber ein separates Teil darstellen, das sich irgendwo am Fahrrad befindet, beispielsweise in oder in der Nähe des Hilfsmotors 2 oder des Nabenschaltgetriebes 20. Der Prozessor 30 kann als Hardware und/oder Software implementiert sein. Beispielsweise kann der Prozessor 30 von einer Applikation gebildet sein, die auf einen oder mehreren elektronischen Bausteinen läuft. Ein Beispiel für einen solchen elektronischen Baustein ist ein ASIC. Mit der Gangschaltung 22 und/oder der Steuereinheit 26 kann der Prozessor 30, sofern er nicht in diese Geräte integriert ist, über eine bidirektionale Datenverbindung verbunden sein, die drahtgebunden und drahtlos sein kann.A
Die Steuereinheit 26 kann beispielsweis vom Hersteller des Hilfsmotors 2 bereitgestellt oder ein Smartphone sein, auf dem eine Applikation zur Steuerung des Hilfsmotors 2 läuft.The
Ein Aktor 48, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Magnetantrieb, ist in einem Gehäuse 50 untergebracht. Der Aktor 48 treibt die Schaltvorgänge im Nabenschaltgetriebe 20 an. Zur Energieversorgung und/oder zur Steuerung kann eine Leitung 52 vorgesehen sein, die den Aktor 48 mit der Gangschaltung 22, der Steuereinheit 26 und/oder dem Akkumulator 10 verbindet.An
In
Im Betrieb tritt der Benutzer mit einer Tretkraft 54 auf die Pedale 6. Dadurch wirkt auf eine Tretlagerwelle 56 ein Tretmoment 58. Das Tretmoment 58 führt zu einer vom Benutzer erzeugten Tretleistung, die dem Produkt von Tretmoment 58 und Drehzahl der Tretlagerwelle 56 entspricht.During operation, the user steps on the
Der Hilfsmotor 2 unterstützt die Tretleistung des Benutzers, indem er eine Unterstützungsleistung hinzufügt. Die Antriebsleistung, mit der das Fahrrad 1 (
Der Hilfsmotor 2 ist über ein Motorgetriebe 60 eine Hohlwelle 61 und gegebenenfalls einen Freilauf 62 mit der Tretlagerwelle 56 in zumindest einer Drehrichtung drehmomentübertragend verbunden. Die vom Hilfsmotor 2 bereitgestellte Unterstützungsleistung erzeugt an der Hohlwelle 61 ein Unterstützungsmoment 64, das zusätzlich zum Tretmoment 58 auf die Tretlagerwelle 56 wirkt. An der Tretlagerwelle 56 addieren sich die Tretleistung und die Unterstützungsleistung zur Gesamtleistung, die über ein an der Tretlagerwelle 56 angebrachtes Blatt 66, beispielsweise einem Kettenblatt oder einer Riemenscheibe als Teil des Zugmitteltriebs 12 in Richtung der Hinterradnabe weitergeleitet wird. An der Hinterradnabe befindet sich die Zahnriemenscheibe 46, oder, bei Verwendung eines Kettentriebes, ein Ritzel, das die Gesamtleistung über eine Eingangswelle 68 des Nabenschaltgetriebes 20 in das Nabenschaltgetriebe 20 einleitet.The
Ist der Hilfsmotor 2 ein Nabenmotor, dann wird die Unterstützungsleistung erst an der Hinterradnabe 16 der Tretleistung hinzugefügt.If the
Das Nabenschaltgetriebe 20 weist eine oder mehrere Getriebestufen 69, beispielsweise eine erste Getriebestufe 69a, eine zweite Getriebestufe 69b und eine dritte Getriebestufe 69c auf. Die Anzahl der Getriebestufen bestimmt im Wesentlichen die Anzahl der vom Nabenschaltgetriebe 20 bereitgestellten Gänge. Jede Getriebestufe 69 kann, wie in
Jede Getriebestufe 69 weist wenigstens eine Kupplung 72 auf, die zum Schalten eines Ganges eingerückt und ausgerückt werden kann. In die Kupplung 72 kann ein Freilauf integriert sein.Each gear stage 69 has at least one clutch 72 that can be engaged and disengaged to shift a gear. A freewheel can be integrated into the clutch 72.
Die jeweilige Kombination der eingerückten und ausgerückten Kupplungen 72 aller Getriebestufen 69 bestimmt den Leistungs- oder Momentenfluss durch das Nabenschaltgetriebe 20 und damit, welcher Gang gerade im Nabenschaltgetriebe 20 eingelegt ist. Der gerade eingelegte Gang ist als Ist-Gang bezeichnet.The respective combination of the engaged and
Die Kupplungen 72 können beispielsweise schaltbare Zahnkupplungen oder bewegliche Klinken enthalten. Die Kupplungen des Nabenschaltgetriebes 20 werden synchronisiert bzw. gemeinsam durch wenigstens ein bewegliches Schaltelement 74 bewegt, beispielsweise einer rotierenden Schalttrommel, die über Kulissensteuerungen 76 die Kupplungen 72 ein- und ausrückt. Anstelle einer Schalttrommel kann selbstverständlich auch eine andere Art vorgesehen sein, um die Kupplungen 72 ein- und auszurücken. Beispielsweise kann zum Schalten der Kupplungen 72 anstelle der Schalttrommel 74 eine Nockenwelle verwendet werden. Ferner kann anstelle einer Drehbewegung auch eine translatorische Bewegung entlang einer Nabenachse 78 verwendet werden, so dass das Schaltelement 74 nach Art eines Stößels oder Ziehkeils bewegt wird. Jeder Stellung des Schaltelements 74, bei einem rotierenden Schaltelement jeder Winkellage des Schaltelements 74, ist ein unterschiedlicher Gang zugeordnet. Das Schaltelement 74 kann hierzu diskrete Stellungen einnehmen, in denen es verrastet oder gehemmt sein kann.The
Das Schaltelement 74, das den Schaltvorgang im Nabenschaltgetriebe 20 bewirkt, ist vom Aktor 48 angetrieben. Zwischen dem Aktor 48 und dem Schaltelement 74 kann sich ein Aktorgetriebe 80 befinden, das insbesondere dann sinnvoll ist, wenn als Aktor 48 ein kleinbauender, hochdrehender Elektromotor 48 verwendet wird, dessen hohe Drehzahl in eine niedrige Drehzahl am Schaltelement 74 untersetzt werden muss. Das Aktorgetriebe 80 kann ebenfalls ein hier nicht dargestelltes Drehzahlüberlagerungsgetriebe enthalten, falls das Schaltelement 74 rotiert und der Aktor 50 am Gehäuse fest angeordnet ist. Eine Ansteuerung über ein solches Drehzahlüberlagerungsgetriebe ist beispielsweise aus
Das an der Eingangswelle 68 des Nabenschaltgetriebes anliegende Drehmoment wird über die drehmomentübertragenden Komponenten des Nabenschaltgetriebes 20 geleitet werden. Die gerade eingerückten Kupplungen 72 stellen einen Teil dieser drehmomentübertragenden Komponenten dar. Wird der Gang unter Last gewechselt, müssen einige oder alle der eingerückten Kupplungen 72 ausgerückt und einige oder alle der ausgerückten Kupplungen 72 eingerückt werden, während das Drehmoment übertragen wird.The torque applied to the
Weisen die Kupplungen 72 zur Drehmomentübertragung Verzahnungen auf, so die durch das Drehmoment gegeneinander gedrückten Verzahnungen der sich im Eingriff befindlichen Kupplungen 72 voneinander gelöst werden. Je höher das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 ist, umso mehr Kraft wird benötigt, um die Verzahnungen voneinander zu lösen, denn mit dem Drehmoment steigt die Flächenpressung und damit die Reibung zwischen den sich im Eingriff befindlichen, auszukuppelnden Verzahnungen.If the
Eine mit dem Drehmoment 82 zunehmende Reibung kann auch an Führungen 86, beispielsweise Steckverzahnungen auftreten, die die beim Schalten bewegten Teile der Kupplungen führen.Friction that increases with the
Je größer also das Drehmoment 82 ist, umso mehr Kraft wird für den Schaltvorgang benötigt.The greater the
Die Antriebsleistung des Aktors 48 ist begrenzt, sodass das Schaltelement 74 entsprechend mit nur einer bestimmten maximalen Kraft bewegt werden kann. Reicht diese Kraft nicht aus, um eine drehmomentübertragende Kupplung 72 zu lösen, kann ein Gangwechsel nicht stattfinden. Der Aktor 48 kann also nur bis zu einem bestimmten, maximalen Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 das Nabenschaltgetriebe 20 zuverlässig schalten. Dieses maximale Drehmoment ist als Lastschaltmaximum bezeichnet.The drive power of the
Solange das Drehmoment 82 unterhalb des Lastschaltmaximums liegt, ist das Schalten zwischen den Gängen des Nabenschaltgetriebes 20 unproblematisch.As long as the
Ein Gangwechsel wird vom Benutzer durch Betätigung des Gangschalters 22 ausgelöst, beispielsweise indem ein Taster 88 zum Heraufschalten um einen Gang oder ein Taster 90 zum Herabschalten um einen Gang betätigt wird. Liegt zum Zeitpunkt der Betätigung des Gangschalters 22 das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 unter dem Lastschaltmaximum, so kann der Gang sofort gewechselt werden. Übersteigt das Drehmoment 82 aber zum Zeitpunkt der Betätigung des Gangschalters 22 das Lastschaltmaximum, so kann der Aktor 48 zumindest momentan keinen Gangwechsel herbeiführen.A gear change is triggered by the user by actuating the
Im Folgenden ist beschrieben, wie unter Last ein Schaltvorgang vom Getriebeschaltsystem 52 ermöglicht wird.The following describes how a shifting process is made possible by the
Die Betätigung des Gangschalters 22 erzeugt ein Gangwechselsignal 92, das vom Prozessor 30 empfangen wird. Das Gangwechselsignal 92 ist repräsentativ für einen vom Benutzer ausgelösten Gangwechsel.Actuation of the
Das Gangwechselsignal 92 kann ein Inkrementalsignal oder ein Absolutsignal sein. Als Inkrementalsignal repräsentiert es lediglich das Herauf- oder Herabschalten um einen oder eine andere Anzahl von Gängen. Als Absolutsignal repräsentiert das Gangwechselsignal den einzulegenden Gang.The
Das Getriebeschaltsystem 52 weist eine Sensoranordnung auf, die einen oder mehrere Sensoren umfasst, die in
Einer oder mehrere dieser Sensoren S bilden einen Antriebsparametersensor 94, der ein wenigstens für das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 repräsentatives Antriebsparametersignal 96 erzeugt, das vom Prozessor 30 empfangen wird.One or more of these sensors S form a drive parameter sensor 94, which generates a
Beispielsweise kann an der Eingangswelle 68 ein Drehmomentsensor 98 angeordnet sein, der unmittelbar das Drehmoment 82 misst und in Form des Antriebsparametersignals 96 ausgibt.For example, a torque sensor 98 can be arranged on the
Der Drehmomentsensor 98 kann Teil eines Leistungssensors 100 an der Eingangswelle 68 sein, der zusätzlich zum Drehmoment auch die Drehzahl der Eingangswelle 68 erfasst und als Teil des Antriebsparametersignals 96 ausgibt.The torque sensor 98 can be part of a power sensor 100 on the
Das Antriebsparametersignal 96 muss selbst nicht direkt das Drehmoment 82 in codierter Form enthalten. Das Drehmoment 82 muss sich nur anhand des Antriebsparametersignals 96 ermitteln lassen.The
Beispielsweise kann der Prozessor 30 ausgebildet sein, mittels des Antriebsparametersignals 96 das Drehmoment 82 zu berechnen. Beispielsweise kann das Antriebsparametersignal 96 eine Drehzahl und eine Leistung als Einzelsignale enthalten, sodass der Prozessor das Drehmoment aus diesen beiden Einzelsignalen berechnen kann, indem er beispielsweise die im Antriebsparametersignal enthaltene Leistung durch die im Antriebsparametersignal enthaltene Drehzahl teilt. Auch müssen Drehmoment, Drehzahl und/oder Leistung nicht an derselben Stelle oder an der Eingangswelle 68 gemessen werden.For example, the
So kann alternativ oder zusätzlich als Antriebsparametersensor 94 auch ein Drehmomentsensor 102 an der Tretlagerwelle 56 angeordnet sein. Der Drehmomentsensor 102 erfasst das vom Benutzer auf die Tretlagerwelle 56 wirkende Tretmoment 58. Das Unterstützungsmoment 64 wird in dieser beispielhaften Ausgestaltung durch eine Hohlwelle zusammen mit dem Tretmoment 58 an das Ritzel 66 weiter geleitet. Das Gesamtmoment in der Hohlwelle kann als repräsentativ für das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 des Nabenschaltgetriebes 20 gelten, wenn man in erster Näherung unterstellt, dass die Verluste im Kettentrieb 12 vernachlässigbar oder unabhängig von Drehzahl und Drehmoment sind und die Übersetzung des Zugmitteltriebs 12 bekannt ist.Alternatively or additionally, a torque sensor 102 can also be arranged on the
Der Prozessor 30 kann zudem ausgestaltet sein, das vom Drehmomentsensor 102 erfasste Drehmoment zu korrigieren, beispielsweise indem er einen Korrekturfaktor, eine Korrekturfunktion oder eine Lookup-Tabelle auf das vom Drehmomentsensor 102 erfasste Drehmoment anwendet, um die Verluste im Zugmitteltrieb 12 und dessen Übersetzung zu berücksichtigen. Durch die Korrektur wird das Gesamtmoment auf das Drehmoment 82 gleichsam abgebildet. Die Korrektur kann also eine Übertragungsfunktion vom Drehmoment an der Tretlagerwelle zum Drehmoment an der Eingangswelle repräsentieren.The
Der Drehmomentsensor 102 kann Teil eines Leistungssensors 104 an der Tretlagerwelle 56 sein, der zusätzlich zu dem an der Tretlagerwelle 56 wirkenden Drehmoment auch die Drehzahl der Tretlagerwelle 56 erfasst.The torque sensor 102 can be part of a power sensor 104 on the
Das Antriebsparametersignal 96 kann repräsentativ für das momentan an der Eingangswelle anliegende Drehmoment oder repräsentativ für ein zeitliches Mittel des an der Eingangswelle anliegenden Drehmoments sein. Insbesondere kann jedoch der Prozessor 30 ausgestaltet sein, aus einem zeitlichen Verlauf des Antriebsparametersignals ein zeitliches Mittel des an der Eingangswelle 68 anliegenden Drehmoments 82 als den das Drehmoment 82 repräsentierenden Wert zu berechnen. Die Erzeugung des Schaltsignals 106 durch den Prozessor 30 kann abhängig von einem momentanen Wert oder einem Mittelwert des Antriebparametersignals bzw. des von ihm repräsentierten Drehmoments 82 sein.The
Der Prozessor 30 ist ausgebildet, ein Schaltsignal 106 in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal 96 und vom Gangwechselsignal 92 zu erzeugen und auszugeben.The
Der Aktor 48 wird durch das Schaltsignal 106 betätigt. Empfängt der Aktor 48 das Schaltsignal, so führt er eine vorbestimmte oder durch das Schaltsignal 106 festgelegte Antriebsbewegung aus. Die Ausgabe des Schaltsignals 106 durch den Prozessor 30 kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Eine drahtlose Ausgabe kann beispielsweise mittels Bluetooth oder ANT erfolgen. Eine Ausgabe kann auch durch eine Fernabfrage oder Auslesen eines Speicherplatzes durch ein anderes elektronisches Bauelement oder eine andere Funktionseinheit erfolgen.The
Das Schaltsignal 106 kann ein Inkrementalsignal sein, auf das hin der Aktor 48 sich über eine vorbestimmte oder vom Schaltsignal 106 abhängige Strecke in eine vom Schaltsignal 106 abhängige Richtung bewegt. Diese Strecke ist so bemessen, dass das Schaltelement 74 genau eine vorbestimmte oder vom Schaltsignal 106 abhängige Anzahl von Gängen weiterschaltet.The
Alternativ kann das Schaltsignal 106 auch ein Absolutsignal sein, auf das hin der Aktor 48 zu einer bestimmten Stelle hinfährt, also zu dem im Schaltsignal 106 repräsentierten Gang bewegt wird.Alternatively, the
Durch die Erzeugung bzw. Ausgabe des Schaltsignals 106 in Abhängigkeit vom wenigstens das Drehmoment 82 repräsentierenden Antriebsparametersignal 96 und nach Empfang des Gangwechselsignal 92 ist der Prozessor 30 in die Lage versetzt, einen Schaltvorgang nur dann durch den Aktor 48 ausführen zu lassen, wenn an der Eingangswelle 68 das Lastschaltmaximum unterschritten ist.By generating or outputting the
Das Lastschaltmaximum oder, synonym, ein dafür repräsentativer Wert kann im Prozessor 30 abgespeichert sein. Der Prozessor kann beispielsweise ausgebildet sein, das gespeicherte Lastschaltmaximum mit dem Antriebsparametersignal 96 zu vergleichen und das Schaltsignal 106 abhängig von diesem Vergleich auszugeben.The load switching maximum or, synonymously, a representative value can be stored in the
Die vom Benutzer aufgebrachte Tretkraft 54 und ihre Richtung und somit auch das Tretmoment 58 ändern sich zumindest annähernd zyklisch während eines vollständigen Umlaufs einer Kurbel 8.The pedaling
Dies ist im Folgenden mit Bezug auf die
An der Eingangswelle 68 liegt die Summe von Tretmoment 58 und Unterstützungsmoment 62, gegebenenfalls abzüglich eventueller Verluste, an.The sum of the pedaling
Steht das Unterstützungsmoment 62 stets in einem bestimmten Verhältnis zum Tretmoment 58 oder ist das Unterstützungsmoment zeitlich konstant, so folgt der Verlauf des Drehmoments 82 an der Eingangswelle 68 dem Verlauf des Tretmoments 58. In einem solchen Fall ist der Verlauf des Drehmoments 82 ebenfalls zyklisch; der Verlauf des Drehmoments 82 weist ein Minimum an den Totpunktlagen 110 auf. Es kann also sein, dass zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem das Gangwechselsignal 92 empfangen wird, das Lastschaltmaximum an der Eingangswelle überschritten ist, das Lastschaltmaximum aber während einer Kurbelumdrehung an einer Stelle unterschritten wird. Der Schaltvorgang kann folglich mit kurzer Verzögerung durchgeführt werden, sobald das Lastschaltmaximum unterschritten wird. Da der Prozessor 30 den momentanen Wert des Drehmoments 82 anhand des Antriebsparametersignals 96 bestimmen kann, wird das Schaltsignal 10 nur dann ausgegeben bzw. der Schaltvorgang nur dann ausgeführt, wenn das Drehmoment 82 sich auch nur vorübergehend unterhalb des Lastschaltmaximums befindet.If the
Das Getriebeschaltsystem 52 kann einen Kurbellagesensor 112 aufweisen, der ein für die Winkellage einer oder beider Pedalkurbeln 8 repräsentatives Kurbellagesignal 114 ausgibt. Der Prozessor 30 ist hierbei ausgestaltet, das Kurbellagesignal 114 zu erfassen und das Schaltsignal 106 auch in Abhängigkeit vom Kurbellagesignal 114 auszugeben.The
Beispielsweise wird das Schaltsignal 106 nur ausgegeben, wenn sich die Winkellage 108 einer Pedalkurbel 8 in einem vorbestimmten Bereich 116 (
Das Schalten an der unteren Totpunktlage 110 bzw. im Bereich 116 ist im Übrigen auch dann sinnvoll, wenn das Drehmoment 82 immer oder über einen größeren Bereich einer Kurbelumdrehung unterhalb des Lastschaltmaximums liegt, weil bei einem Schalten im Bereich 116 die natürliche Tretbewegung des Benutzers durch den Schaltvorgang am wenigstens gestört wird.Shifting at the bottom
So kann in einer Ausgestaltung der Prozessor 30 ausgestaltet sein, das Schaltsignal 106 unabhängig vom Antriebsparametersignal 96 zu erzeugen bzw. auszugeben, wenn sich die vom Kurbellagesignal 114 repräsentierte Kurbellage bzw. Winkellage der Kurbel 8 im Bereich 116 befindet.In one embodiment, the
In einer alternativen Ausgestaltung kann auf den Kurbellagesensor 112 verzichtet werden. So kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, die Totpunktlage 110 anhand des Antriebsparametersignals 96 zu ermitteln. In diesem Fall repräsentiert das Antriebsparametersignal 96 auch die Kurbellage.In an alternative embodiment, the crank
So kann der Prozessor ausgestaltet sein, eine Sinusfunktion an den Verlauf des Antriebsparametersignals 96, also an den Verlauf des Drehmoments 82 oder des Tretmoments 58 anzupassen. Aus einer solchen Anpassung ergibt sich die Totpunktlage aus dem Minimum der angepassten Sinusfunktion. Unter dem Begriff Sinusfunktion ist hierbei nicht nur eine trigonometrische Funktion zu verstehen, sondern auch eine im Wesentlichen sinusförmige Funktion, die auf andere Weise berechnet wird, beispielsweise durch Polynome oder eine Spline-Kurve. Diese Berechnung bietet den Vorteil, dass der zukünftige Verlauf des Drehmoments 82 oder der Kurbellage 108 abgeschätzt und das Schaltsignal 106 schon ausgegeben werden kann, bevor der Bereich 116 erreicht ist bzw. das Drehmoment 82 unter das Lastschaltmaximum 117 gesunken ist, um Reaktionszeiten, die aus der Trägheit des Aktors 48 und der Mechanik des Nabenschaltgetriebes 20 resultieren, zu berücksichtigen.The processor can thus be designed to adapt a sine function to the course of the
Ein solcher Kurvenfit kann selbstverständlich auch durchgeführt werden, wenn ein Kurbellagesignal 114 vorhanden ist.Such a curve fit can of course also be carried out if a crank position signal 114 is present.
Es kann vorkommen, dass das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 des Nabenschaltgetriebes 20 während einer oder mehrerer Pedalumdrehungen nicht unter das Lastschaltmaximum 117 fällt. Dies kann zwei Ursachen haben.It may happen that the
Erstens kann die Tretleistung des Benutzers selbst unterhalb des Lastschaltmaximums liegen, sodass das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 nur deswegen nicht unter das Lastschaltmaximum sinkt, weil die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 zur Tretleistung hinzukommt. Zweitens kann bereits die Tretleistung des Benutzers zu einem Drehmoment 82 führen, das größer ist als das Lastschaltmaximum.Firstly, the user's pedaling power itself can be below the powershift maximum, so that the
In ersterem Fall ist es sinnvoll, wenn der Prozessor 30 ausgestaltet ist, den Anteil der Tretleistung am Drehmoment 82 und/oder den Anteil der Unterstützungsleistung am Drehmoment 82 zu ermitteln. Ferner sollte der Prozessor 30 ausgestaltet sein, die vom Hilfsmotor 2 erzeugte Unterstützungsleistung im Bereich 116 und/oder an einer anderen Winkellage 108 der Pedalkurbel 8, so zu verringern, dass das Drehmoment 82 unter das Lastschaltmaximum 117 sinkt. Dies ist im Detail weiter unten beschrieben.In the former case, it makes sense if the
Im zweiten Fall kann ein Schaltvorgang nicht durchgeführt werden, weil die vom Aktor 48 benötigte Schaltkraft nicht ausreicht, um das Schaltelement 64 gegen die interne Reibung zu bewegen. In diesem Fall ist es sinnvoll, dass der Prozessor 30 ausgestaltet ist, ein Alarmsignal 118 auszugeben, das beispielsweise in Form eines optischen Warnsignals 120 und/oder eines akustischen Warnsignals 122 am Gangschalter 22 oder der Steuereinheit 26 ausgegeben werden kann.In the second case, a switching process cannot be carried out because the switching force required by the
Der Prozessor 30 kann einen Speicher 124 aufweisen, in dem noch nicht abgearbeitete Gangwechselsignale 92 gespeichert sind. Ist beispielsweise ein Gangwechsel zum Zeitpunkt des Empfangs des Gangwechselsignals 92 nicht möglich, weil das Drehmoment 82 während einer vollen Kurbelumdrehung nicht unter das Lastschaltmaximum 117 sinkt, kann das Gangwechselsignal 96 im Speicher 124 gespeichert sein, um sofort dann abgearbeitet zu werden, wenn das Drehmoment 82 unter das Lastschaltmaximum 117 sinkt.The
Das Alarmsignal 118 kann alternativ oder kumulativ repräsentativ dafür sein, dass ein oder mehrere unbearbeitete Gangwechselsignale 92 im Speicher 124 enthalten sind. Der Gangschalter 22 und/oder die Steuereinheit 96 können abhängig vom Alarmsignal 118 bzw. von im Speicher 124 gespeicherten Gangwechselsignalen 92 ein Hinweissignal 126 im Display 28 anzeigen. In
Der Prozessor 30 kann ferner ausgebildet sein, noch nicht abgearbeitete Gangwechselsignale 92 zusammenzufassen, um unnötige Schaltvorgänge zu vermeiden. Betätigt beispielsweise der Benutzer in der zuvor dargestellten Situation, in der die Gangschaltung noch nicht heraufgeschaltet hat, den Taster 90 zum Herabschalten, so würde dies den zuvor erteilten Befehl zum Heraufschalten aufheben. Im Prozessor 30 kann eine solche Zusammenfassung durch einfache Addition der Gangwechselsignale 92 bzw. der von ihnen repräsentierten Gangwechsel erfolgen, wenn es sich um Inkrementalsignale handelt. Ist das Gangwechselsignal 92 ein Absolutsignal, so sollte der Prozessor ausgestaltet sein, die sich aus den im Speicher 124 befindlichen Absolutsignalen die sich daraus ergebenden Gangsprünge zu berechnen und aufzuaddieren.The
Der Prozessor 30 kann ausgestaltet sein, ein im Speicher 124 abgelegtes Gangwechselsignal 92 zu löschen, wenn ein Gangwechsel über eine vorbestimmte Zeit oder Anzahl von Kurbelumdrehungen nicht möglich war.The
Um den Prozessor 30 in die Lage zu versetzen, den Anteil der Leistung bzw. der Unterstützungsleistung am Drehmoment 82 zu bestimmen, kann das Getriebeschaltsystem einen oder mehrere Leistungssensoren 119 aufweisen. Beispielsweise kann ein Leistungssensor 119, der ausgestaltet ist, die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 zu erfassen, an einer Motorwelle des Hilfsmotors oder einer anderen Stelle zwischen dem Hilfsmotor und dem Freilauf 62 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Leistungssensor 119 beispielsweise an den Pedalen 6 oder an wenigstens einer Tretkurbel 8 angeordnet sein, um die vom Benutzer aufgebrachte Pedalkraft 54 und eine Drehzahl der Kurbeln 8 zu erfassen. Ein Leistungssensor 119 kann ausgestaltet sein, den Motorstrom und/oder die Motorspannung des Hilfsmotors 2 und/oder die vom Hilfsmotor 2 aufgenommene elektrische Leistung zu ermitteln und als Leistungssignal auszugeben.In order to enable the
In den genannten Fällen ist der Leistungssensor 119 ausgestaltet, ein Leistungssignal 130 zu erzeugen. Im Fall des Leistungssensors an den Pedalen 6 repräsentiert das Leistungssignal 130 die Tretleistung des Benutzers, im anderen Fall die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2. Das Leistungssignal 130 kann als Einzelsignale ein Winkellagesignal, Drehzahlsignal, ein Drehmomentsignal und/oder ein Kraftsignal, das beispielsweise die Kraft auf die Pedale repräsentiert, aufweisen.In the cases mentioned, the
Zusammen mit dem Antriebsparametersignal 96, das beispielsweise von dem an der Tretlagerwelle 58 angebrachten Leistungssensor 104 erzeugt wird, ist der Prozessor 30 mit dem Leistungssignal 130 in die Lage versetzt, den Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 zu berechnen. Dabei kann auch hier wieder als erste Näherung das Drehmoment an der Tretlagerwelle 56 als repräsentativ für das entsprechende Drehmoment an der Eingangswelle 68 angesehen werden. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass der Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am jeweiligen gesamten Drehmoment entlang des Drehmomentenflusses unverändert bleibt.Together with the
Ergibt sich, dass der nur auf der Tretleistung des Benutzers basierende Anteil des Drehmoments 82 unterhalb des Lastschaltmaximums liegt, kann die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 soweit abgesenkt werden, dass das Drehmoment 82 auch tatsächlich unter das Lastschaltmaximum sinkt. Grundsätzlich kann an die Unterstützungsleistung an jeder Stelle der Kurbellage 108 verringert werden. Bevorzugt wird jedoch die Unterstützungsleistung im Bereich 116 verringert.If it turns out that the portion of the
Hierzu ist der Prozessor 30 ausgestaltet, ein Motorsteuersignal 132 abhängig wenigstens vom Antriebsparametersignal 96, bevorzugt jedoch auch vom Kurbellagesignal 114 und/oder vom Leistungssignal 130, zu erzeugen. Das Motorsteuersignal 132 wird an den Hilfsmotor 2 bzw. dessen Steuerung (nicht dargestellt) ausgegeben, und kann repräsentativ für einen Sollwert der Unterstützungsleistung sein. Auf diesen Sollwert wird die Unterstützungsleistung dann geregelt. Das Motorsteuersignal 132 kann vom Prozessor 30 in regelmäßigen Abständen oder dauerhaft erzeugt sein, beispielsweise wenn die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 grundsätzlich vom Prozessor 30 geregelt ist. Das Motorsteuersignal 132 kann ein digitales oder analoges Signal sein. Bei einem analogen Motorsteuersignal 132 kann beispielsweise eine Stromstärke und/oder -spannung des Motorsteuersignals 132 proportional zur Unterstützungsleistung sein.For this purpose, the
Unmittelbar nachdem die Pedalkurbeln 8 den Bereich 116 passiert haben oder der Schaltvorgang beendet ist, wird die Unterstützungsleistung wieder auf den vorherigen Wert hochgefahren.Immediately after the pedal cranks 8 have passed the
Ein Gangsensor 134 des Getriebeschaltsystems 52 erzeugt ein Gangsignal 136, das repräsentativ ist für den am Nabenschaltgetriebe 20 gerade eingelegten Gang. Mithilfe des Gangsignals 136 kann das Ende des Schaltvorganges durch den Prozessor 30 bestimmt werden.A
Der Gangsensor 134 kann auf verschiedene Arten aufgebaut sein und auch unterschiedliche Einzelsensoren aufweisen. Beispielsweise kann der Gangsensor 134 eine Position, beispielsweise Winkellage, einer Aktorausgangswelle 138 erfassen. Alternativ kann der Gangsensor 134 die Position, beispielsweise Winkellage, des Schaltelements 74 erfassen. Sowohl die Position der Aktorausgangswelle 138 als auch die Position des Schaltelements 74 ist repräsentativ für den gerade eingelegten Gang.The
Alternativ kann der Gangsensor 134 zwei Einzelsensoren umfassen, die jeweils ein für die Drehzahl der Eingangswelle 68 und die Drehzahl der Ausgangswelle 38 des Nabenschaltgetriebes 20 repräsentativen Wert ausgeben. Die Drehzahl der Eingangswelle 68 kann dabei bereits im Antriebsparametersignal 96 enthalten sein. Das Verhältnis der Drehzahlen der Eingangswelle 68 und der Ausgangswelle 38 des Nabenschaltgetriebes 20 ist repräsentativ für den gerade eingelegten Gang. Im Speicher 124 des Prozessors 30 kann eine Übertragungsfunktion gespeichert sein, beispielsweise in Form einer analytischen Funktion oder einer Lookup-Tabelle, die unterschiedlichen Verhältnissen der Drehzahlen der Eingangswelle 68 und der Ausgangswelle 38 den jeweils zu diesem Verhältnis gehörigen Gang zuordnet. Eine Übertragungsfunktion kann im Prozessor 30 auch verwendet werden, um den Positionen der Aktorausgangswelle 138 oder des Schaltelements 74 einen für den gerade eingelegten Gang repräsentativen Wert zuzuordnen.Alternatively, the
Alternativ oder zusätzlich kann der Gangsensor 134 auch die Stellung der Kupplungen 72 überwachen, beispielsweise indem an jeder Kupplung 72 ein Positionssensor 134 angeordnet ist, der ein für die Stellung der Kupplung 72 repräsentatives Signal ausgibt. In
Anstelle der Überwachung der Kupplungsstellungen können auch die Drehzahlen der Teilgetriebe überwacht werden.Instead of monitoring the clutch positions, the speeds of the partial transmissions can also be monitored.
Der Prozessor 30 ist dabei ausgestaltet, das Schaltsignal 106 abhängig vom Gangsignal 136 auszugeben. Beispielsweise gibt der Prozessor 30 kein Schaltsignal 106 an den Aktor 48 aus, wenn anhand des Gangsignals 136 ermittelt ist, dass bereits der kleinste Gang eingelegt ist und der Benutzer dennoch herabschalten will. Gleiches gilt, wenn der vom Prozessor 30 ermittelte Ist-Gang der höchste Gang des Nabenschaltgetriebes 20 ist und der Benutzer hochschalten möchte. In einem solchen Fall kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, das Gangwechselsignal zu löschen.The
Der Prozessor 30 kann ferner ausgestaltet sein, den sich aus den noch nicht abgearbeiteten Gangwechselsignalen 92 ergebenden Soll-Gang zu ermitteln und mit dem Ist-Gang zu vergleichen. Ergibt der Vergleich, dass der Soll-Gang noch nicht dem Ist-Gang entspricht, so kann das Schaltsignal 136 - wiederum abhängig zumindest vom Antriebsparametersignal 96 ausgegeben werden.The
Im Gangschalter 22 oder der Steuereinheit 26 kann eine Ganganzeige 140 beispielsweise im Display 28 vorgesehen sein, die den Ist-Gang wiedergibt. Der Ist-Gang kann im Alarmsignal 118 enthalten sein.In the
Je nach Aufbau des Nabenschaltgetriebes 20 kann die zum Schalten zwischen zwei Gängen vom Aktor 48 aufzubringende Schaltkraft auch vom derzeit eingelegten Gang abhängen. So sind beispielsweise bei bestimmten Gangwechseln weniger Kupplungen 72 zu bewegen als bei anderen Gangwechseln, oder aufgrund der Übersetzungen der Teilgetriebe ist das die Reibung erzeugende Drehmoment bei bestimmten Gängen an den zu bewegenden Kupplungen kleiner als bei anderen Gänge. Das Lastschaltmaximum kann folglich gangabhängig sein. Um diese Abhängigkeit zu berücksichtigen kann der Prozessor ausgestaltet sein, das Schaltsignal 136 abhängig vom Gangsignal 136 auszugeben. Der Prozessor 30 kann im Speicher 124 eine Umrechnungsfunktion aufweisen, die einem Ist-Gang ein Lastschaltmaximum zuordnet. Das Schaltsignal 136 wird in diesem Fall nur dann ausgesendet, wenn das Drehmoment 82 unter dieses gangabhängige Lastschaltmaximum sinkt.Depending on the structure of the
Des Weiteren kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, das Motorsteuersignal 132 abhängig vom Gangsignal 136 auszugeben. So wird beispielsweise beim Umschalten zwischen einigen Gängen die Unterstützungsleistung stärker gesenkt als beim Umschalten zwischen anderen Gängen, um das Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 unter das Lastschaltmaximum abzusenken.Furthermore, the
Mit Bezug auf die
In
Außerdem kann im Schritt 204 das Gangwechselsignal im Speicher korrigiert werden, wenn das Gangwechselsignal einen Gangwechsel jenseits kleinsten oder jenseits des größten Gang hinaus schalten möchte. In diesem Fall kann das Gangwechselsignal im Speicher auf einen Wert gesetzt werden, der entsprechend den kleinsten oder größten Gang repräsentiert.In addition, in
Im Schritt 204 kann ferner der Schaltzustand berücksichtigt werden, der sich nach einem vollständig durchgeführten, nur teilweise durchgeführten oder gar nicht durchgeführten Gangwechsel nach Ausgabe des Schaltsignals ergibt. Das Ergebnis des Schaltvorganges liefert der Schritt 206. Sind zum Beispiel sämtliche Gangwechselsignale durch erfolgreiches Ausführen eines Schaltvorganges abgearbeitet - der Ist-Gang entspricht dem Soll-Gang - so kann das Gangwechselsignal gelöscht werden, es sei denn der Benutzer hat zwischenzeitlich im Schritt 200 erneut ein Gangwechselsignal erzeugt. Konnte dagegen der Schaltvorgang nur unvollständig durchgeführt werden, so wird im Schritt 206 beispielsweise der eingelegte Ist-Gang übertragen und das Gangwechselsignal im Speicher im Schritt 204 entsprechend aktualisiert: Es verbleiben noch Gänge, die geschaltet werden müssen. Konnte der Gangwechsel gar nicht durchgeführt werden, wie dies unten zur
Schließlich kann im Schritt 204 die sich aus dem Gangwechselsignal und gegebenenfalls durch Vergleich von Gangwechselsignal und Gangsignal ergebende Schaltrichtung ermittelt und ebenfalls im Schritt 202 gespeichert werden.Finally, in
Das in
Mit dem in
Das in
Im Schritt 300 wird ein für das Drehmoment 82 repräsentatives Signal erfasst, beispielsweise das Antriebsparametersignal 96. Zusätzlich kann ein für die Tretleistung und/oder die Unterstützungsleistung an der Eingangswelle 68 repräsentatives Signal, beispielsweise das Leistungssignal 130, das auch Teil des Antriebsparametersignals 96 sein kann, erfasst. Im Schritt 302 wird dieser Wert gespeichert und im Schritt 304 aktualisiert und gegebenenfalls korrigiert, wie oben bei
Im Schritt 304 kann zudem das jeweilige Lastschaltmaximum in Abhängigkeit von der Schaltrichtung und/oder dem eingelegten Ist-Gang berechnet und ebenfalls gespeichert werden. Dies ist in
Das Verfahren gemäß
In
In
Im Schritt 600 wird der für das momentane Drehmoment 82 an der Eingangswelle 68 repräsentative Wert ausgelesen, der nach Schritt 302 der
Außerdem kann im Schritt 600 auch das Lastschaltmaximum 117 ausgelesen werden, das im Schritt 302 laufend aktualisiert wird. Alternativ dazu kann das Lastschaltmaximum 117 auch ein Wert sein, der im Speicher 124 als ein konstanter Wert gespeichert ist.In addition, in
Im Schritt 602 wird das Drehmoment an der Eingangswelle mit dem Lastschaltmaximum 117 verglichen. Ist das Drehmoment 82 kleiner als das Lastschaltmaximum, so bedeutet dies, dass der Aktor 48 in der Lage ist, einen Gangwechsel vorzunehmen. In diesem Fall kann der Schaltvorgang sofort durchgeführt werden und es wird mit Schritt 604 fortgefahren..In
Im Schritt 604 wird zunächst der einzulegende Soll-Gang ausgelesen, der beispielsweise im Schritt 202 gemäß dem Verfahren von
Im Schritt 606 wird der Soll-Gang mit dem Ist-Gang verglichen, der im Schritt 402 gespeichert wurde.In
Ergibt dieser Vergleich, dass der Soll-Gang nicht eingelegt werden kann, weil beispielsweise bei einem Herabschalten bereits der kleinste Gang oder bei einem Heraufschalten bereits der größte Gang eingelegt ist, so endet der Gangwechselvorgang ohne Gangwechsel mit Schritt 206. Zuvor kann noch das Gangwechselsignal gelöscht werden.If this comparison shows that the target gear cannot be engaged because, for example, the lowest gear is already engaged when shifting down or the highest gear is already engaged when shifting up, the gear changing process ends without changing gears in
Wird anhand des Vergleichs im Schritt 606 festgestellt, dass der Soll-Gang eingelegt werden kann, wird im Schritt 608 der Schaltvorgang durchgeführt. Dies bedeutet beispielsweise bei der in
Der Schritt 606 kann auch entfallen, wenn der Soll-Gang im Verfahren nach
Nach dem Schaltvorgang 608 wird in Schritt 610 der nun eingelegte Ist-Gang mit dem im Schritt 604 eingelesenen Soll-Gang verglichen.After the
Ergibt der Vergleich zwischen Ist- und Soll-Gang von Schritt 610, dass der einzulegende Gang tatsächlich eingelegt ist, also der Soll-Gang dem Ist-Gang entspricht, so ist der Gangwechselvorgang mit Schritt 206 beendet. Das Gangwechselsignal wird dann gemäß dem Verfahren von
Ergibt sich dagegen in Schritt 610, dass der angeforderte Gangwechsel nicht vollständig ausgeführt werden konnte, also der Ist-Gang nicht dem Soll-Gang entspricht, so wird im Schritt 612 der Soll-Gang auf den Ist-Gang gesetzt und erneut ein Gangwechsel 608 durchgeführt, bevor der Gangwechselvorgang mit Schritt 206 beendet wird. Diese Situation kann beispielsweise eintreten, wenn während der Durchführung von Schritt 608 das Lastschaltmaximum überschritten wird, so dass der Aktor 48 bzw. das Schaltelement 74 die Schaltbewegung nicht zu Ende führen können. In diesem Fall bewirkt das Setzen des Soll-Ganges auf den derzeitigen Ist-Gang in Schritt 612 und die anschließende Durchführung des Schaltvorganges in Schritt 608, dass der Aktor 48 bzw. das Schaltelement 74 in die dem Ist-Gang entsprechende Stellung zurückfährt. Ein solches Zurückfahren ist aufgrund der Freilauffunktionen in den Kupplungen 72 jederzeit möglich.If, on the other hand, it turns out in
Wird im Schritt 602 festgestellt, dass das Drehmoment an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes größer ist als das Lastschaltmaximum, so kann in einem Schritt 618 die aktuelle Kurbellage, die beispielsweise gemäß dem Verfahren der
Im Schritt 620 wird der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 82 mit dem Lastschaltmaximum verglichen. Der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 82 wird nach dem Verfahren von
Liegt der Anteil der Tretleistung am Drehmoment an der Eingangswelle über dem Lastschaltmaximum, so bedeutet dies, dass selbst bei einer Verringerung der Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 der Aktor 48 nicht in der Lage sein wird, einen Schaltvorgang zu betätigen. Das Verfahren wird nach dem Vergleich 620 folglich ohne Durchführen eines Schaltvorgangs mit Schritt 206 beendet.If the proportion of the pedal power to the torque at the input shaft is above the powershift maximum, this means that even if the support power of the
Alternativ kann der Schritt 620 entfallen und stattdessen einfach mit Schritt 604 fortgefahren werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn mit den Schritten 610, 612 und 608 noch einmal überprüft wird, ob der Gang vollständig eingelegt werden konnte, und sichergestellt ist, dass der Aktor 48 bzw. das Schaltelement auf eine dem Ist-Gang entsprechende Stellung bewegt werden.Alternatively, step 620 can be omitted and simply continued with
Wenn im Schritt 620 festgestellt wird, dass der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 82 kleiner als das Lastschaltmoment ist, wird mit Schritt 604 fortgefahren.If it is determined in
Im Schritt 604 wird der aktuelle Soll-Gang von Schritt 202 ausgelesen und im Schritt 606 mit dem Ist-Gang verglichen. Ist der angeforderte Schaltvorgang nicht möglich, wird der Schaltvorgang mit Schritt 206 beendet, wobei wieder zuvor das Gangwechselsignal zurückgesetzt werden kann.In
Kann der Soll-Gang ausgehend vom Ist-Gang eingelegt werden, so wird im Schritt 622 die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors soweit verringert, dass das Drehmoment an der Eingangswelle des Schaltgetriebe kleiner oder gleich dem Lastschaltmaximum ist. Hierzu kann der Prozessor 30 das Motorsteuersignal entsprechend berechnen und ausgeben.If the target gear can be selected based on the actual gear, then in
Anschließend wird der Schaltvorgang 608 ausgeführt und im Schritt 624 die Unterstützungsleistung wieder auf den Anteil, den sie vor dem Schaltvorgang 608 hatte, erhöht. Der Schritt 624 kann innerhalb einer bestimmten Zeit nach Ausgabe des Schaltsignals oder in Abhängigkeit von der Kurbellage und/oder einer Änderung des Ist-Ganges durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Unterstützungsleistung wieder hergestellt werden, wenn der Ist-Gang dem Soll-Gang entspricht. Andernfalls kann einfach diejenige Zeit abgewartet werden, die der Aktor 48 und das Nabenschaltgetriebe 20 benötigen, um ausgehend vom Ist-Gang in den Soll-Gang zu schalten.The
Anschließend wird mit Schritt 610 fortgefahren und der eingelegte Gang überprüft.The process then continues with
BezugszeichenReference symbols
- 11
- FahrradBicycle
- 22
- HilfsmotorAuxiliary engine
- 44
- Tretlagerbottom bracket
- 66
- Pedalpedal
- 88th
- PedalkurbelPedal crank
- 1010
- Akkumulatoraccumulator
- 1212
- ZugmitteltriebTraction drive
- 1414
- Hinterradrear wheel
- 1616
- HinterradnabeRear wheel hub
- 1818
- NabenschaltungHub gears
- 2020
- NabenschaltgetriebeHub gearbox
- 2222
- GangschalterTransfer Switch
- 2424
- LenkerHandlebars
- 2626
- SteuereinheitControl unit
- 2828
- Displaydisplay
- 3030
- Prozessorprocessor
- 3232
- RahmenFrame
- 3434
- KettenstrebeChainstay
- 3636
- Sitzstrebeseat stay
- 3838
- GehäuseHousing
- 4040
- Speichenlöcherspoke holes
- 4242
- BremsscheibeBrake disc
- 4444
- BremssattelaufnahmeBrake caliper mount
- 4646
- Zahnriemenscheibetiming belt pulley
- 4848
- AktorActor
- 5050
- GehäuseHousing
- 5252
- GetriebeschaltsystemTransmission shifting system
- 5454
- Tretkraftpedal power
- 5656
- Tretlagerwellebottom bracket shaft
- 5858
- Tretmomentpedaling torque
- 6060
- MotorgetriebeEngine / gear
- 6161
- Hohlwellehollow shaft
- 6262
- FreilaufFreewheel
- 6464
- UnterstützungsmomentSupport moment
- 6666
- Blatt, AbtriebsritzelBlade, output pinion
- 6868
- Eingangswelleinput shaft
- 6969
- GetriebestufeGear stage
- 69a69a
- erste Getriebestufefirst gear stage
- 69b69b
- zweite Getriebestufesecond gear stage
- 69c69c
- dritte Getriebestufethird gear stage
- 7070
- PlanetengetriebePlanetary gear
- 7272
- Kupplungcoupling
- 7474
- SchaltelementSwitching element
- 7676
- KulissensteuerungScene control
- 7878
- Nabenachsehub axle
- 8080
- AktorgetriebeActuator gear
- 8282
- Drehmoment an der EingangswelleTorque on the input shaft
- 8484
- KupplungsverzahnungCoupling teeth
- 8686
- Führungguide
- 8888
- Taster zum Heraufschalten eines GangesButton for shifting up a gear
- 9090
- Taster zum Herabschalten eines GangesButton for downshifting a gear
- 9292
- GangwechselsignalGear change signal
- 9494
- AntriebsparametersensorDrive parameter sensor
- 9696
- AntriebsparametersignalDrive parameter signal
- 9898
- Drehmomentsensor an der EingangswelleTorque sensor on the input shaft
- 100100
- Leistungssensor an der EingangswellePower sensor on the input shaft
- 102102
- Drehmomentsensor an der TretlagerwelleTorque sensor on the bottom bracket shaft
- 104104
- Leistungssensor an der TretlagerwellePower sensor on the bottom bracket shaft
- 106106
- SchaltsignalSwitching signal
- 108108
- Winkellage einer PedalkurbelAngle position of a pedal crank
- 110110
- TotpunktlageDead center position
- 112112
- KurbellagesensorCrank position sensor
- 114114
- KurbellagesignalCrank position signal
- 116116
- Bereich um TotpunktlageArea around dead center position
- 117117
- LastschaltmaximumLoad switching maximum
- 118118
- AlarmsignalAlarm signal
- 119119
- LeistungssensorPower sensor
- 120120
- optisches Warnsignalvisual warning signal
- 122122
- akustisches Warnsignalacoustic warning signal
- 124124
- SpeicherStorage
- 126126
- HinweissignalWarning signal
- 128128
- Ausgangswelleoutput shaft
- 130130
- LeistungssignalPower signal
- 132132
- MotorsteuersignalMotor control signal
- 134134
- GangsensorGear sensor
- 136136
- GangsignalGear signal
- 138138
- AktorausgangswelleActuator output shaft
- 140140
- GanganzeigeGear indicator
- 200200
- Auslösen eines GangwechselsignalsTriggering a gear change signal
- 202202
- Speichern des GangwechselsignalsStoring the gear change signal
- 204204
- Aktualisieren des GangwechselsignalsUpdating the gear change signal
- 206206
- Erfassen des Ist-Ganges zur Aktualisierung des GangswechselsignalsDetecting the actual gear to update the gear change signal
- 300300
- Erfassen eines für das Drehmoment an der Eingangswelle des Nabenschaltgetriebes und optional für den Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am Drehmoment an der Eingangswelle repräsentativen WertesDetecting a value representative of the torque on the input shaft of the hub gearbox and optionally for the proportion of the pedaling power and/or the assistance power to the torque on the input shaft
- 302302
- Speichern des WertesSaving the value
- 304304
- Aktualisieren und optional Korrigieren und Verarbeiten des WertesUpdate and optionally correct and process the value
- 400400
-
Empfang eines für den eingelegten Gang repräsentativen Gangsignals 402, Speichern des GangsignalsReceiving a
gear signal 402 representative of the gear engaged, storing the gear signal - 500500
- Empfang eines für die Kurbellage repräsentativen WertesReceipt of a value representative of the crank position
- 502502
- Speichern des WertesSaving the value
- 504504
- Verarbeiten des WertesProcessing the value
- 600600
- Erfassen des Drehmoments an der Ausgangswelle und des LastschaltmaximumsDetecting the torque on the output shaft and the power shift maximum
- 602602
- Vergleich von Drehmoment und LastschaltmaximumComparison of torque and powershift maximum
- 604604
- Erfassen des Soll-GangesDetecting the target gear
- 606606
- Vergleich des Soll-Ganges mit dem Ist-GangComparison of the target gear with the actual gear
- 608608
- Befehl zum Ausführen des Schaltvorganges bzw. Ausführen des SchaltvorgangesCommand for executing the switching process or executing the switching process
- 610610
- Vergleich des Soll-Ganges mit dem Ist-GangComparison of the target gear with the actual gear
- 612612
- Zurücksetzen des Soll-GangesResetting the target gear
- 618618
- Vergleich der Kurbelstellung mit der TotpunktlageComparison of the crank position with the dead center position
- 620620
- Vergleich des Anteils der Tretleistung an den Drehmoment an der Eingangswelle mit dem LastschaltmomentComparison of the proportion of pedal power to the torque at the input shaft with the power shift torque
- 622622
- Verringern der UnterstützungsleistungReducing support performance
- 624624
- Erhöhen der UnterstützungsleistungIncreasing support performance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 000001982913 A1 [0074]EP 000001982913 A1 [0074]
Claims (30)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102022107155.3A DE102022107155A1 (en) | 2022-03-25 | 2022-03-25 | Processor and method, in particular computer-implemented method, for controlling a gear hub of a bicycle with an auxiliary motor and a hub gear with such a processor |
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Family Applications (1)
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DE102022107155.3A Pending DE102022107155A1 (en) | 2022-03-25 | 2022-03-25 | Processor and method, in particular computer-implemented method, for controlling a gear hub of a bicycle with an auxiliary motor and a hub gear with such a processor |
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-
2022
- 2022-03-25 DE DE102022107155.3A patent/DE102022107155A1/en active Pending
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2023
- 2023-03-24 WO PCT/EP2023/057661 patent/WO2023180538A1/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2023180538A1 (en) | 2023-09-28 |
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