DE102022107161A1

DE102022107161A1 - Prozessor und Verfahren, insbesondere computer-implementiertes Verfahren, zur Steuerung eines Tretlagerschaltgetriebes eines Fahrrads mit Hilfsmotor sowie Tretlagerschaltung mit einem solchen Prozessor

Info

Publication number: DE102022107161A1
Application number: DE102022107161.8A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-09-28
Also published as: WO2023180299A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prozessor (30) und eine computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) eines Fahrrades (1) mit Hilfsmotor (2). Das Tretlagerschaltgetriebe (18, 20) weist eine Eingangswelle (64) und einen Aktor (50) auf, wobei der Aktor (50) dazu dient, den Gangwechsel des Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) anzutreiben. Ziel ist es, einen 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 (68). 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 (64) zu machen, das die Reibung im Tretlagerschaltgetriebe (18, 20) und damit die zum Schalten benötigte Kraft bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prozessor und ein Verfahren, insbesondere ein computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung einer mit einer Eingangswelle und mit einem Aktor zum Gangwechsel in Abhängigkeit von einem Schaltsignal versehenen Tretlagerschaltgetriebes eines Fahrrades mit Hilfsmotor. Die Erfindung betrifft ferner eine Tretlagerschaltung für ein Fahrrad mit Hilfsmotor mit einem solchen Prozessor.
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.
Diese Nachteile werden durch die Verwendung von Schaltgetrieben vermieden, wie sie beispielsweise bei Nabenschaltungen und Tretlagerschaltungen zum Einsatz kommen. Nabenschaltungen und Tretlagerschaltungen weisen ein Gehäuse auf, in dem das eigentliche Naben- oder Tretlagerschaltgetriebe von Umwelteinflüssen abgekapselt angeordnet ist. Sie sind somit deutlich weniger verschleißanfällig. Im Gegensatz zu einer Kettenschaltung kann eine Nabenschaltung oder eine Tretlagerschaltung zusammen mit einem Zahnriemen anstelle einer Kette verwendet werden. Ein Zahnriemen ist weitgehend wartungsfrei und weist, bei einem ruhigeren Lauf, eine höhere Lebensdauer als eine Kette auf.
Nabenschaltungen führen zu einer ungünstigen Gewichtsverteilung, bei der ein Großteil des Gewichts des Fahrrads sich am Hinterrad befindet. Fahrräder mit Nabenschaltung sind beim Tragen unhandlich und haben ein ungünstiges Fahrverhalten in Kurven. Tretlagerschaltungen dagegen führen zu einer sehr günstigen Gewichtsverteilung.
Ein Problem der Tretlagerschaltungen besteht jedoch darin, dass sie unter Last nicht oder nur schwer zu schalten sind. Kurz vor dem Umschalten zwischen verschiedenen Gängen der Tretlagerschaltung 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.
Der Erfindung liegt in Anbetracht dessen die Aufgabe zugrunde, Tretlagerschaltungen bereitzustellen, die besser unter Last geschaltet werden können.
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.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Umschalten zwischen den Gängen eines mehrgängigen, von einem Aktor betätigten Tretlagerschaltgetriebes 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 der Tretlagerschaltschaltung anliegendes Drehmoment kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
Demnach wird beispielweise zunächst ein Gangwechselsignal empfangen, das der Benutzer beispielsweise über einen Schalthebel oder einen Schaltknopf am Fahrradlenker erzeugt. Mit der Erzeugung des Gangwechselsignals gibt der Benutzer den Befehl, den Gang des Tretlagerschaltgetriebes zu wechseln. Der eigentliche Gangwechsel wird durch die 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.
Das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment ist ausschlaggebend für die im Tretlagerschaltgetriebe 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Antriebsparametersignal muss nicht notwendigerweise unmittelbar das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment darstellen, wie es beispielsweise von einem Leistungssensor oder 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 Tretlagerschaltgetriebes und eine Ausgangswelle des Tretlagerschaltgetriebes 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.
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.
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.
Das Antriebsparametersignal muss, wie schon erwähnt, nicht notwendigerweise unmittelbar an der Eingangswelle des Tretlagerschaltgetriebes 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.
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.
Das Lastschaltmaximum kann bei manchen Tretlagerschaltgetrieben 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 Tretlagerschaltgetriebe 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.
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.
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.
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.
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.
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 Tretlagerschaltgetriebes 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.
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.
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.
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 Tretlagerschaltgetriebes 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.
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 Tretlagerschaltgetriebes 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 Tretlagerschaltgetriebes die Summe des aus der Tretleistung resultierenden Drehmoments und des aus der Unterstützungsleistung resultierenden Drehmoments kleiner als das Lastschaltmaximum ist.
Im Betrieb kann es vorkommen, dass der Benutzer mehrere Schaltbefehle und damit Gangwechselsignale in kürzerer Abfolge erzeugt, als das Tretlagerschaltgetriebe 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.
Für einen präzisen Schaltvorgang ist es von Vorteil, wenn der Prozessor ausgestaltet ist, ein Gangsignal zu empfangen, das repräsentativ ist für den am Tretlagerschaltgetriebe 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.
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.
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 Tretlagerschaltgetriebes sind. Über das Verhältnis dieser beiden Drehzahlen und beispielsweise einer im Prozessor abgelegten Lookup-Tabelle, die die Übersetzungsverhältnisse der Gangstufen des Tretlagerschaltgetriebes 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.
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.
Das Gangsignal kann sich in einer Ausgestaltung aus Einzelsignalen zusammensetzen, wobei jedes Einzelsignal des Gangsignals den Schaltzustand einer Kupplung des Tretlagerschaltgetriebes repräsentiert. Der Prozessor kann dabei ausgestaltet sein, den von den Einzelsignalen repräsentierten Schaltzuständen einem Ist-Gang zuzuordnen.
Der Prozessor kann ferner ausgestaltet sein, ein Teilgetriebedrehzahlsignal zu empfangen, das repräsentativ ist für eine Drehzahl zwischen zwei Teilgetrieben des Tretlagerschaltgetriebes. 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.
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.
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.
Ein Getriebeschaltsystem für ein Fahrrad mit Hilfsmotor, das einen Prozessor in einer der obigen Ausgestaltungen aufweist, ist bevorzugt mit dem die Eingangswelle aufweisenden Tretlagerschaltgetriebe, dem Aktor und mit einer Sensoreinrichtung versehen, die ausgebildet ist, das Antriebsparametersignal zu erzeugen.
Der Hilfsmotor kann eine Nabenmotor sein. Sofern das Fahrrad einen Nabenmotor verwendet, steht im Bereich des Tretlagers ausreichend Platz für nahezu beliebig ausgestaltete Tretlagerschaltgetriebe zur Verfügung.
Der Hilfsmotor kann jedoch auch im Bereich des Tretlagers angeordnet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung sind sowohl der Hilfsmotor als auch das Tretlagerschaltgetriebe im Bereich des Tretlagers angeordnet, so dass für das Tretlagerschaltgetriebe weniger Platz zur Verfügung steht. Insbesondere können Hilfsmotor und Tretlagerschaltgetriebe baulich vereint sein. Ein Beispiel für ein Tretlagerschaltgetriebe, das zusätzlich auch die Anordnung des Hilfsmotors im Tretlagerbereich erlaubt, ist in der deutschen Patentanmeldung DE 102021101415.8 gezeigt und beschrieben.
Die Sensoranordnung kann einen oder mehrere Antriebsparametersensoren aufweisen, wobei bei mehreren Antriebsparametersensoren jeder Sensor ein Einzelsignal des Antriebsparametersignals erzeugen kann.
So kann beispielsweise ein Antriebsparametersensor der Sensoranordnung unmittelbar an der Eingangswelle des Tretlagerschaltgetriebes 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.
Ein solcher Antriebsparametersensor oder ein weiterer Antriebsparametersensor kann alternativ oder zusätzlich an einer anderen Stelle als der Eingangswelle des Tretlagerschaltgetriebes 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 Tretlagerschaltgetriebes repräsentierendes Signal verwendet werden, da es das an der Eingangswelle anliegende Drehmoment ausreichend genau wiedergibt.
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.
Ferner kann die Sensoranordnung einen Gangsensor aufweisen, der ausgebildet ist, das Gangsignal zu erzeugen. Der Gangsensor kann im Tretlagerschaltgetriebe integriert sein bzw. innerhalb eines Gehäuses des Tretlagerschaltgetriebes angeordnet sein. Der Gangsensor kann einen oder mehrere Drehzahlsensoren und/oder Drehwinkelsensoren aufweisen, die beispielsweise an der Eingangswelle des Tretlagerschaltgetriebes, der Ausgangswelle des Tretlagerschaltgetriebes 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 Tretlagerschaltgetriebes aufweisen. Schließlich kann der Gangsensor eine oder mehrere Positionssensoren aufweisen, die ausgestaltet sind, die Lage von Kupplungselementen des Tretlagerschaltgetriebes zu erfassen und als Gangsignal auszugeben, wie oben bereits erläutert ist.
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.
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.
Das Getriebeschaltsystem kann ferner den Hilfsmotor umfassen, der ausgebildet ist, eine Unterstützungsleistung in Abhängigkeit vom Motorsteuersignal zu erzeugen.
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.
Der Aktor ist ausgestaltet, einen Schaltvorgang abhängig vom Schaltsignal anzutreiben. Der Aktor bewegt ein oder mehrere Schaltglieder, durch deren Bewegung Kupplungen des Tretlagerschaltgetriebes 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 Tretlagerschaltgetriebe ist bevorzugt ausgestaltet, auch im Stillstand geschaltet werden zu können.
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.
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.
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.
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.
In der nachstehenden Beschreibung sind Merkmale, die einander hinsichtlich Funktion und/oder Struktur entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrrads mit Hilfsmotor, Prozessor und Getriebeschaltsystem;
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Getriebeschaltsystems;
3 eine schematische Darstellung des Verlaufs eines von einem Benutzer erzeugten Tretmoments;
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Verarbeitung eines Gangwechselsignals;
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Drehmoments an einer Eingangswelle eines Tretlagerschaltgetriebes;
6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung des gerade eingelegten Ganges;
7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung einer Kurbelstellung; und
8 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Schalten unter Last.

1 zeigt beispielhaft ein Fahrrad 1 mit Hilfsmotor 2 insbesondere in Form eines Elektromotors. Der Hilfsmotor 2 ist hier im Bereich eines Tretlagers 4 angeordnet. Der Hilfsmotor 2 dient zur Unterstützung einer von einem Benutzer (nicht dargestellt) ausgeübten Tretbewegung, für die das Fahrrad mit Pedalen 6 versehen ist, die am Ende von Pedalkurbeln 8 angeordnet sind.
Das Fahrrad 1 weist ferner einen Akkumulator 10 auf, der als Energiequelle für den Hilfsmotor 2 dient.
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. Im Bereich des Tretlagers 4 sitzt ferner eine Tretlagerschaltung 18 mit einem Tretlagerschaltgetriebe 20. Der Hilfsmotor 2 und Tretlagerschaltung 18 können baulich vereint sein.
Der Hilfsmotor 2 kann alternativ zu der in 1 dargestellten Ausgestaltung auch als Nabenmotor (nicht dargestellt) ausgestaltet und an einer Hinterradnabe 16 angeordnet sein.
Das Tretlagerschaltgetriebe 20 stellt eine Mehrzahl von Gängen bereit. Beim hier geschilderten Ausführungsbeispiel wird das Tretlagerschaltgetriebe 20 elektrisch geschaltet, indem der Benutzer einen Gangwechsel durch Betätigen eines Gangschalters 22 auslöst, der an einem Lenker 24 oder an einer am Lenker angebrachten Bremse (nicht dargestellt) befestigt sein kann. Der Gangschalter 22 ist bevorzugt elektronisch, kann aber auch mechanisch aufgebaut sein.
Das Fahrrad 1 weist ferner eine Steuereinheit 26 auf, mit der der Hilfsmotor 2 sowie gegebenenfalls auch weitere Funktionen des Fahrrads 1 gesteuert werden können und das den Benutzer mittels eines Displays 28 verschiedene Informationen wie Geschwindigkeit, Trittfrequenz, zurückgelegte Kilometer und/oder Navigationsfunktionen zur Verfügung stellt. Gangschalter 22 und Steuereinheit 26 können zwei getrennte Geräte oder baulich vereint sein.
Ein Prozessor 30 dient zur Steuerung des Tretlagerschaltgetriebes, insbesondere zur Steuerung des Schaltvorganges des Tretlagerschaltgetriebes 20. Der Prozessor 30 kann Teil des Gangschalters 22 oder der Steuereinheit 26 sein oder aber ein separates Teil darstellen, das sich irgendwo am Fahrrad befindet, beispielsweise im Hilfsmotor 2 oder in der Tretlagerschaltung 18 oder in der Nähe des Hilfsmotors 2 oder des Tretlagerschaltgetriebes 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.
Die Steuereinheit 26 kann beispielsweise eine vom Hersteller des Hilfsmotors 2 bereitgestelltes Gerät oder eine Applikation zur Steuerung des Hilfsmotors 2 sein, die auf einem Smartphone ausgeführt wird.
Das Fahrrad weist noch einen Rahmen 32 auf, der den Akkumulator, die Tretlagerschaltung 18 und den Hilfsmotor 2 trägt. Der Hilfsmotor 2 und das Tretlagerschaltgetriebe 20 können in einem gemeinsamen Gehäuse 34 der Tretlagerschaltung 18 untergebracht sein. Der Rahmen 32 kann jedwede Form und Größe aufweisen. In 1 ist lediglich zu Beispielzwecken ein Diamantrahmen gezeigt.
In 2 ist der schematische Aufbau eines Getriebeschaltsystems 52 mit einem Tretlagerschaltgetriebe 20 dargestellt. Ein Aktor 50, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Magnetantrieb, dient dazu, einen Gangwechsel durch das Tretlagerschaltgetriebe anzutreiben. Der Aktor 48 sowie der Hilfsmotor 2 sind in dieser Darstellung lediglich beispielsweise Teil des Getriebeschaltsystems 52.
Im Betrieb tritt der Benutzer (nicht dargestellt) mit einer Tretkraft 54 auf die Pedale 6. Dadurch wirkt auf eine Tretlagerwelle 56 ein Tretmoment 58. Eine vom Benutzer erzeugte Tretleistung ergibt sich aus dem Produkt von Tretmoment 58 und Drehzahl der Tretlagerwelle 56 entspricht.
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. Der Hilfsmotor 2 unterstützt die Tretleistung des Benutzers, indem er eine Unterstützungsleistung bzw. ein Unterstützungsmoment 63 hinzufügt.
Die Hohlwelle 61 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Eingangswelle 64 des Tretlagerschaltgetriebes 20. Selbstverständlich kann in einer anderen Variante die Eingangswelle 64 auch von einer weiteren Welle gebildet sein, die beispielsweise parallel zur Tretlagerwelle 56 verläuft.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel addieren sich die Tretleistung und die Unterstützungsleistung an der Eingangswelle 64 zu einer Gesamtleistung. Bei Verwendung eines Nabenmotors (nicht dargestellt) findet diese Leistungsüberlagerung erst am Hinterrad statt.
Die Gesamtleistung wird durch das Tretlagerschaltgetriebe 20 zu dessen Ausgangswelle 65, hier lediglich beispielhaft ebenfalls eine Hohlwelle 61, geleitet. Direkt an der Ausgangswelle kann ein Blatt 66, beispielsweise ein Kettenblatt oder eine Riemenscheibe als Teil des Zugmitteltriebs 12 angebracht sein. Der Zugmitteltrieb weist ferner an der Hinterradnabe 16 eine Zahnriemenscheibe 67, oder, bei Verwendung eines Kettentriebes, ein Ritzel auf, über das die Gesamtleistung an das Hinterrad 14 (1) weitergeleitet wird. Das aus der Gesamtleistung resultierende Gesamtmoment ist in 2 mit dem Bezugszeichen 68 bezeichnet.
Ist der Hilfsmotor 2 ein Nabenmotor, dann wird die Unterstützungsleistung erst an der Hinterradnabe 16 der Tretleistung hinzugefügt.
Das Tretlagerschaltgetriebe 20 weist eine oder mehrere Getriebestufen 69, beispielsweise eine erste Getriebestufe 69a, eine zweite Getriebestufe 69b, eine dritte Getriebestufe 69c und eine vierte Getriebestufe 69d auf. Die Anzahl der Getriebestufen 69 bestimmt im Wesentlichen die Anzahl der vom Tretlagerschaltgetriebe 20 bereitgestellten Gänge. Jede Getriebestufe 69 kann, wie in 2 lediglich beispielhaft gezeigt, ein Stirnradgetriebe 70 aufweisen. Anstelle eines Stirnradgetriebes 70 kann als Getriebestufe jedoch auch ein Planetengetriebe vorhanden sein. Eine Zwischenwelle 71 ist Teil des Tretlagerschaltgetriebes.
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.
Die jeweilige Kombination der eingerückten und ausgerückten Kupplungen 72 aller Getriebestufen 69 bestimmt den Leistungs- oder Momentenfluss durch das Tretlagerschaltgetriebe 20 und damit, welcher Gang gerade im Tretlagerschaltgetriebe 20 eingelegt ist. Der gerade eingelegte Gang ist als Ist-Gang bezeichnet.
Die Kupplungen 72 können beispielsweise schaltbare Zahnkupplungen oder bewegliche Klinken enthalten. Die Kupplungen des Tretlagerschaltgetriebes 20 werden synchronisiert bzw. gemeinsam durch wenigstens ein bewegliches Schaltelement 74 bewegt, beispielsweise einer rotierenden Schalttrommel, die über Kulissensteuerungen 76 und die Zwischenwelle 71 durchragende Schaltfinger 77 die Kupplungen 72 ein- und ausrückt. Das Schaltelement 74 kann in der Zwischenwelle 71, insbesondere koaxial in der Zwischenwelle 74 angeordnet sein, wenn die Zwischenwelle 71 wie dargestellt eine Hohlwelle ist.
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 Wellenachse 78 verwendet werden, so dass das Schaltelement 74 nach Art eines Stößels oder eines 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. Jede unterschiedliche diskrete Stellung entspricht einem anderen Gang.
Das Schaltelement 74, das den Schaltvorgang im Tretlagerschaltgetriebe 20 bewirkt, ist vom Aktor 50 angetrieben. Zwischen dem Aktor 50 und dem Schaltelement 74 kann sich ein Aktorgetriebe 80 befinden, das insbesondere dann sinnvoll ist, wenn als Aktor 50 ein kleinbauender, hochdrehender Elektromotor 50 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 EP1982913A1 bekannt.
Das an der Eingangswelle 64 des Tretlagerschaltgetriebes anliegende Drehmoment wird über die drehmomentübertragenden Komponenten des Tretlagerschaltgetriebes 20 geleitet. 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 Gesamtmoment 68 übertragen wird.
Weisen die Kupplungen 72 zur Drehmomentübertragung ein- und ausrückbare Verzahnungen 84 auf, so werden diese durch das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 gegeneinander gedrückt, was Reibung erzeugt. Gegen diese Reibung müssen die Verzahnungen 84 der sich im Eingriff befindlichen Kupplungen 72 voneinander gelöst werden. Je höher das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 ist, umso mehr Kraft wird benötigt, um die Verzahnungen voneinander zu lösen, denn mit dem Drehmoment 68 steigt die Flächenpressung in den und damit die Reibung zwischen den sich im Eingriff befindlichen, auszukuppelnden Verzahnungen 84.
Eine mit dem Drehmoment 68 zunehmende Reibung kann auch an Führungen 86, beispielsweise Steckverzahnungen auftreten, die die beim Schalten bewegten Teile der Kupplungen führen.
Je größer also das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 des Tretlagerschaltgetriebes 20 ist, umso mehr Kraft wird für den Schaltvorgang benötigt.
Die Antriebsleistung des Aktors 50 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 50 kann also nur bis zu einem bestimmten, maximalen Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 das Tretlagerschaltgetriebe 20 zuverlässig schalten. Dieses maximale Drehmoment ist als Lastschaltmaximum bezeichnet. Solange das Drehmoment 68 unterhalb des Lastschaltmaximums liegt, ist das Schalten zwischen den Gängen des Tretlagerschaltgetriebes 20 unproblematisch.
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 68 an der Eingangswelle 64 unter dem Lastschaltmaximum, so kann der Gang sofort gewechselt werden. Übersteigt das Drehmoment 68 aber zum Zeitpunkt der Betätigung des Gangschalters 22 das Lastschaltmaximum, so kann der Aktor 50 zumindest momentan keinen Gangwechsel herbeiführen.
Im Folgenden ist beschrieben, wie unter Last ein Schaltvorgang vom Getriebeschaltsystem 52 ermöglicht wird.
Die Betätigung des Gangschalters 22 bzw. der Taster 88, 90 erzeugt ein Gangwechselsignal 92, das vom Prozessor 30 empfangen wird. Das Gangwechselsignal 92 ist repräsentativ für einen vom Benutzer ausgelösten Gangwechsel.
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.
Das Getriebeschaltsystem 52 weist eine Sensoranordnung auf, die einen oder mehrere Sensorelemente umfasst, die in 2 mit S bezeichnet sind.
Einer oder mehrere dieser Sensoren S bilden einen Antriebsparametersensor 94, der ein wenigstens für das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 repräsentatives Antriebsparametersignal 96 erzeugt, das vom Prozessor 30 empfangen wird.
Beispielsweise kann an der Eingangswelle 64 ein Drehmoment- und/oder Leistungssensor 100 angeordnet sein, der unmittelbar das Drehmoment 68 misst und in Form des Antriebsparametersignals 96 ausgibt.
Der Sensor 100 kann zusätzlich zum Drehmoment auch die Drehzahl der Eingangswelle 64 erfasst und als Teil des Antriebsparametersignals 96 ausgibt.
Das Antriebsparametersignal 96 muss selbst nicht direkt das Drehmoment 68 in codierter Form enthalten. Das Drehmoment 68 muss sich nur anhand des Antriebsparametersignals 96 hinreichend genau ermitteln lassen.
Insbesondere kann der Prozessor 30 ausgebildet sein, mittels des Antriebsparametersignals 96 das Drehmoment 68 zu berechnen. Das Antriebsparametersignal 96 kann beispielsweise 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 64 gemessen werden.
So kann alternativ oder zusätzlich als Antriebsparametersensor 94 oder Teil hiervon auch ein Drehmomentsensor 102 an der Tretlagerwelle 56 angeordnet sein. Der Drehmomentsensor 102 erfasst das vom Benutzer auf die Tretlagerwelle 56 wirkende Tretmoment 58.
Der Drehmomentsensor 102 kann Teil eines Leistungssensors an der Tretlagerwelle 56 sein, der zusätzlich zu dem an der Tretlagerwelle 56 wirkenden Drehmoment auch die Drehzahl und/oder Leistung an der Tretlagerwelle 56 erfasst. Alternativ kann der Drehmomentsensor 102 auch nur ein Leistungssensor sein.
Als Antriebsparametersensor 94 oder Teil hiervon kann alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Sensoren ein Drehmoment- und/oder Leistungssensor 104 an der Ausgangswelle 65 des Tretlagerschaltgetriebes 20 angeordnet sein.
Der Prozessor 30 kann zudem ausgestaltet sein, das vom Antriebsparametersensor 94 erfasste Drehmoment zu korrigieren und/oder aus einer Leistung ein Drehmoment zu berechnen.
Beispielsweise kann der Prozessor 30 einen Korrekturfaktor, eine Korrekturfunktion oder eine Lookup-Tabelle auf das vom Sensor 104 erfasste Drehmoment oder die von diesem Sensor erfasste Leistung anwenden, um einen für das Drehmoment 68 an der Eingangswelle repräsentativen Wert zu berechnen. Die Korrektur kann also eine Übertragungsfunktion von der Ausgangswelle zur Eingangswelle, beispielsweise die auf diesem Übertragungsweg auftretenden Leistungsverluste repräsentieren.
Das Antriebsparametersignal 96 kann repräsentativ für das momentan an der Eingangswelle 64 anliegende Drehmoment 68 oder repräsentativ für ein zeitliches Mittel des an der Eingangswelle 64 anliegenden Drehmoments 68 sein. Insbesondere kann jedoch der Prozessor 30 ausgestaltet sein, aus einem zeitlichen Verlauf des Antriebsparametersignals 96 ein zeitliches Mittel, beispielsweise über 3 oder 10 Sekunden oder eine beliebige andere Zeitspanne, des an der Eingangswelle 64 anliegenden Drehmoments 68 als den das Drehmoment 68 repräsentierenden Wert zu berechnen.
Der Prozessor 30 ist ausgebildet, ein Schaltsignal 106 in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal 96 und vom Gangwechselsignal 92 zu erzeugen und auszugeben. Die Erzeugung des Schaltsignals 106 durch den Prozessor 30 kann abhängig von einem momentanen Wert oder einem Mittelwert des Antriebparametersignals 96 bzw. des von ihm repräsentierten Drehmoments 68 sein.
Der Aktor 50 wird durch das Schaltsignal 106 betätigt. Empfängt der Aktor 50 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.
Das Schaltsignal 106 kann ein Inkrementalsignal sein, auf das hin der Aktor 50 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 ausgehend vom Ist-Gang genau eine vorbestimmte oder vom Schaltsignal 106 abhängige Anzahl von Gängen weiterschaltet.
Alternativ kann das Schaltsignal 106 auch ein Absolutsignal sein, auf das hin der Aktor 50 zu einer bestimmten Stelle hinfährt, also beispielsweise zu dem im Schaltsignal 106 repräsentierten Gang bewegt wird.
Durch die Erzeugung bzw. Ausgabe des Schaltsignals 106 in Abhängigkeit vom wenigstens das Drehmoment 68 repräsentierenden Antriebsparametersignal 96 und nach Empfang des Gangwechselsignals 92 ist der Prozessor 30 grundsätzlich in die Lage versetzt, einen Schaltvorgang nur dann durch den Aktor 50 ausführen zu lassen, wenn an der Eingangswelle 64 das Lastschaltmaximum unterschritten ist.
Das Lastschaltmaximum oder, synonym, ein dafür repräsentativer Wert kann im Prozessor 30 abgespeichert sein. Der Prozessor 30 kann beispielsweise ausgebildet sein, das gespeicherte Lastschaltmaximum mit dem Antriebsparametersignal 96 zu vergleichen und das Schaltsignal 106 abhängig von diesem Vergleich auszugeben.
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.
Dies ist im Folgenden mit Bezug auf die 3 erläutert, die schematisch den Verlauf des Tretmoments 58 an der Tretlagerwelle 56 in Abhängigkeit von der Kurbelstellung 8 während eines vollständigen Umlaufs einer der beiden Kurbeln 8 darstellt. Die Winkellage 0° bezeichnet dabei die vertikal nach oben weisende Kurbel 8, während bei den Winkellagen 90° und bei 270° die Kurbel in jeweils entgegengesetzter Richtung horizontal ausgerichtet ist. Zu erkennen ist, dass das Tretmoment 58 bei bestimmten Winkellagen 108 der Pedalkurbeln 8 maximal und bei bestimmten anderen Winkellagen minimal wird. So wird das Tretmoment 58 immer dann maximal, wenn die Pedalkurbeln zumindest in etwa horizontal stehen. In der zumindest etwa vertikalen Stellung der Pedalkurbeln 8 befinden sich Totpunklagen 110, an denen das Tretmoment 58 minimal ist.
An der Eingangswelle 64 liegt die Summe von Tretmoment 58 und Unterstützungsmoment 62, gegebenenfalls abzüglich eventueller Verluste, an.
Steht das Unterstützungsmoment 62 stets in einem bestimmten Verhältnis zum Tretmoment 58 oder ist das Unterstützungsmoment zeitlich konstant, so folgt der Verlauf des Drehmoments 68 an der Eingangswelle 64 dem Verlauf des Tretmoments 58. In einem solchen Fall ist der Verlauf des Drehmoments 68 ebenfalls zyklisch; der Verlauf des Drehmoments 68 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 64 überschritten ist, das Lastschaltmaximum aber während einer Kurbelumdrehung an einer Stelle unterschritten wird. Der Schaltvorgang kann in einem solchen Fall mit kurzer Verzögerung durchgeführt werden, sobald das Lastschaltmaximum unterschritten wird. Da der Prozessor 30 den momentanen Wert des Drehmoments 68 anhand des Antriebsparametersignals 96 bestimmen kann, wird das Schaltsignal 10 nur dann ausgegeben bzw. der Schaltvorgang nur dann ausgeführt, wenn das Drehmoment 68 sich zumindest vorübergehend unterhalb des Lastschaltmaximums befindet.
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.
Beispielsweise wird das Schaltsignal 106 nur ausgegeben, wenn sich die Winkellage 108 einer Pedalkurbel 8 in einem vorbestimmten Bereich 116 (3) befindet. Der Bereich 116 erstreckt sich bevorzugt um die Totpunktlage 110 herum. Der Bereich 116 kann 10° oder 20° vor der Totpunktlage 110 beginnen, also bei einer Kurbelstellung von etwa 160° oder etwa 170°. Der Bereich 116 kann sich ferner bis etwa 10° oder etwa 20° hinter die Totpunktlage 110 erstrecken, also bis etwa 190° oder bis etwa 200°. Der Bereich 116 muss nicht über die Winkellage 108 einer Pedalkurbel 8 bestimmt sein, sondern kann alternativ oder kumulativ vom Lastschaltmaximum 117 bestimmt sein, indem beispielsweise im Bereich 116 das Drehmoment 58 unterhalb des Lastschaltmaximums 117 liegt.
Das Schalten an der unteren Totpunktlage 110 bzw. im Bereich 116 ist im Übrigen auch dann sinnvoll, wenn das Drehmoment 68 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.
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 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. So kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, die Kurbellage mittels des Drehmoment- und/oder Leistungssensors 102 anhand des zeitlichen Verlaufs des Antriebsparametersignals 96, hier insbesondere des Drehmoments oder der Leistung, zu bestimmen.
Beispielsweise kann der Prozessor ausgestaltet sein, eine Sinusfunktion an den Verlauf des Antriebsparametersignals 96, also an den Verlauf des Drehmoments 68 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 68 oder der Kurbellage 108 abgeschätzt und das Schaltsignal 106 schon ausgegeben werden kann, bevor der Bereich 116 erreicht ist bzw. das Drehmoment 68 unter das Lastschaltmaximum 117 gesunken ist, um Reaktionszeiten, die aus der Trägheit des Aktors 50 und der Mechanik des Tretlagerschaltgetriebes 20 resultieren, zu berücksichtigen.
Ein solcher Kurvenfit kann selbstverständlich auch durchgeführt werden, wenn ein Kurbellagesignal 114 vorhanden ist.
Es kann vorkommen, dass das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 des Tretlagerschaltgetriebes 20 während einer oder mehrerer Pedalumdrehungen nicht unter das Lastschaltmaximum 117 fällt. Dies kann zwei Ursachen haben.
Erstens kann die Tretleistung des Benutzers selbst unterhalb des Lastschaltmaximums liegen, so dass das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 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 68 führen, das größer ist als das Lastschaltmaximum.
In ersterem Fall ist es sinnvoll, wenn der Prozessor 30 ausgestaltet ist, den Anteil der Tretleistung am Drehmoment 68 und/oder den Anteil der Unterstützungsleistung am Drehmoment 68 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 68 unter das Lastschaltmaximum 117 sinkt. Dies ist im Detail weiter unten beschrieben.
Im zweiten Fall kann ein Schaltvorgang selbst dann nicht durchgeführt werden, wenn die Unterstützungsleistung vorübergehend heruntergefahren wird, weil die vom Aktor 50 benötigte Schaltkraft auch dann nicht ausreicht, um das Schaltelement 63 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.
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 68 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 68 unter das Lastschaltmaximum 117 sinkt. In dem Speicher 124 können auch andere Parameter, wie das Lastschaltmaximum, Look-up Tabellen und/oder Umrechnungs- und/oder Korrekturfunktionen gespeichert sein.
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 1 ist beispielsweise ein „Plus“-Zeichen im Display 28 als Hinweis darauf angezeigt, dass ein für ein Heraufschalten repräsentatives Gangwechselsignal 92 noch gespeichert ist, also der vom Benutzer initiierte Gangwechsel noch aussteht.
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.
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.
Um den Prozessor 30 in die Lage zu versetzen, den Anteil der Tretleistung bzw. der Unterstützungsleistung am Drehmoment 68 zu bestimmen, kann das Getriebeschaltsystem 52 einen Sensor 128 aufweisen, der ausgestaltet ist, die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 zu erfassen. Der Sensor 128 kann ein an einer Motorwelle des Hilfsmotors oder einer anderen Stelle zwischen dem Hilfsmotor 2 und dem Freilauf 62 angeordneter Drehmoment- und/oder Leistungssensor sein. Der Sensor 128 kann auch ausgestaltet sein, den Motorstrom und/oder die Motorspannung des Hilfsmotors 2 und/oder die vom Hilfsmotor 2 aufgenommene elektrische Leistung zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann das Getriebeschaltsystem einen Sensor 129 aufweisen, der ausgestaltet ist, die Tretleistung des Benutzers zu erfassen. Ein solcher Sensor 129 kann beispielsweise an den Pedalen 6 oder an den Tretkurbeln 8 angeordnet sein, um die vom Benutzer aufgebrachte Pedalkraft 54 und eine Drehzahl der Kurbeln 8 zu erfassen. Ferner kann der Sensor 102 als Sensor 129 verwendet werden.
Die Sensoren 100, 102, 128, 129 sind ausgestaltet, jeweils ein Leistungssignal 130 zu erzeugen, das repräsentativ für die vom jeweiligen Sensor gemessene Leistung und Drehzahl oder das vom jeweiligen Sensor gemessene Drehmoment ist. Das Leistungssignal 130 kann als Einzelsignale ein Winkellagesignal, Drehzahlsignal, ein Drehmomentsignal und/oder ein Kraftsignal, das beispielsweise die Kraft auf die Pedale repräsentiert, aufweisen. Das Leistungssignal 130 kann Teil des Antriebsparametersignals 96 sein.
Mit dem Leistungssignal 130 ist der Prozessor 30 in die Lage versetzt, den Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 zu berechnen. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass der Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am jeweiligen gesamten Drehmoment entlang des Drehmomentenflusses unverändert bleibt.
Ergibt sich, dass der nur auf der Tretleistung des Benutzers basierende Anteil des Drehmoments 68 unterhalb des Lastschaltmaximums liegt, kann die Unterstützungsleistung des Hilfsmotors 2 soweit abgesenkt werden, dass das Drehmoment 68 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.
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.
Unmittelbar nachdem die Pedalkurbeln 8 den Bereich 116 um die Totpunktlage passiert haben oder der Schaltvorgang beendet ist, wird die Unterstützungsleistung wieder auf den vorherigen Wert hochgefahren.
Ein Gangsensor 134 des Getriebeschaltsystems 52 erzeugt ein Gangsignal 136, das repräsentativ für den Ist-Gang ist. Mithilfe des Gangsignals 136 kann durch den Prozessor 30 der gerade eingelegte Gang bestimmt werden.
Der wenigstens eine 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.
Alternativ kann der Gangsensor 134 zwei Einzelsensoren, beispielsweise die Sensoren 100 und 104, umfassen, die jeweils ein für die Drehzahl der Eingangswelle 64 und die Drehzahl der Ausgangswelle 38 des Tretlagerschaltgetriebes 20 repräsentativen Wert ausgeben. Das Verhältnis der Drehzahlen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 38 des Tretlagerschaltgetriebes 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, die unterschiedlichen Verhältnissen der Drehzahlen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 38 den jeweils zu diesem Verhältnis gehörigen Gang zuordnet. Eine Übertragungsfunktion oder eine Lookup-Tabelle 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.
Alternativ oder zusätzlich kann der Gangsensor 134 auch die Stellung der Kupplungen 72 überwachen, beispielsweise indem an jeder Kupplung 72 ein Positionssensor 134a, 134b, 134c, 134d angeordnet ist, der ein für die Stellung der Kupplung 72 repräsentatives Signal ausgibt. Die Einzelsignale der Sensoren 134a-d geben den Schaltzustand des Tretlagerschaltgetriebes 20 wieder und repräsentieren somit ebenfalls den gerade eingelegten Gang. Auch hier ist der Prozessor 30 bevorzugt ausgestaltet, mittels einer Übertragungsfunktion oder Look-up Tabelle einer im Gangsignal repräsentierten Kombination von Kupplungsstellungen einen gerade eingelegten Gang zuzuordnen.
Anstelle der Überwachung der Kupplungsstellungen können auch die Drehzahlen der Teilgetriebe überwacht werden.
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 50 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 Tretlagerschaltgetriebes 20 ist und der Benutzer hochschalten möchte. In einem solchen Fall kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, das Gangwechselsignal zu löschen.
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.
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.
Je nach Aufbau des Tretlagerschaltgetriebes 20 kann die zum Schalten zwischen zwei Gängen vom Aktor 50 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 72 kleiner als bei anderen Gängen. 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 oder Look-up Tabelle aufweisen, die einem Ist-Gang ein Lastschaltmaximum zuordnet. Das Schaltsignal 136 wird in diesem Fall abhängig vom Ist-Gang nur dann ausgegeben, wenn das Drehmoment 68 unter das gangabhängige Lastschaltmaximum sinkt.
Des Weiteren kann der Prozessor 30 ausgestaltet sein, das Motorsteuersignal 132 abhängig vom Gangsignal 136 auszugeben. So muss beispielsweise beim Umschalten zwischen einigen Gängen die Unterstützungsleistung stärker gesenkt werden als beim Umschalten zwischen anderen Gängen, um das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 unter das Lastschaltmaximum abzusenken.
Mit Bezug auf die 4 bis 8 sind im Folgenden Beispiele für Verfahren zum Schalten unter Last beschrieben. Die Verfahren sind insbesondere dafür gedacht auf einem Prozessor, beispielsweise den Prozessor 30 der 2, ausgeführt zu werden.
In 4 ist gezeigt, dass ein Benutzer in einem Schritt 200 ein Gangwechselsignal 92 auslöst, also einen Schaltbefehl erzeugt. Das Gangwechselsignal 92 wird in einem Schritt 202 in einem Speicher, beispielsweise dem Speicher 124 abgelegt. Im Schritt 204 wird das im Speicher abgelegte Gangwechselsignal 92 aktualisiert und/oder es werden aufeinanderfolgende und gespeicherte Gangwechselsignale 92 werden zusammengefasst, so dass sich gegenseitig aufhebende Gangwechselsignale gelöscht werden.
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.
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 8 ausgeführt ist, dann bleibt das Gangwechselsignal unverändert.
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.
Das in 4 dargestellte Verfahren kann in einem festgelegten Takt ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das in 3 dargestellte Verfahren beispielsweise interruptgesteuert immer dann ausgeführt werden, wenn der Benutzer ein Gangwechselsignal 92 erzeugt oder ein Schaltvorgang beendet ist.
Mit dem in 5 dargestellten Verfahren kann das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 erfasst und laufend aktualisiert werden. Zusätzlich kann der Anteil der Tretleistung oder der Unterstützungsleistung am Drehmoment 68 laufend ermittelt werden. Des Weiteren kann anhand des Verfahrens von 5 das Lastschaltmaximum ermittelt werden.
Das in 5 dargestellte Verfahren kann parallel oder alternierend zu dem in 4 dargestellten Verfahren durchgeführt werden.
Im Schritt 300 wird ein für das Drehmoment 68 repräsentatives Signal erfasst, beispielsweise das Antriebsparametersignal 96. Zusätzlich kann ein für die Tretleistung und/oder die Unterstützungsleistung an der Eingangswelle 64 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 2 beschrieben ist.
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 5 durch das schematisch dargestellte Auslesen des im Schritt 202 aktualisierten Gangwechselsignals dargestellt. Alternativ kann das Lastschaltmoment im Schritt 204 abhängig von der Schaltrichtung und/oder dem eingelegten Ist-Gang berechnet und im Schritt 202 zusammen mit dem Gangwechselsignal aktualisiert werden. Im Schritt 304 kann beispielsweise mittels einer Lookup-Tabelle einem Ist-Gang und/oder einer Schaltrichtung jeweils ein vorbestimmtes Lastschaltmaximum zugeordnet sein.
Das Verfahren gemäß 5 kann vom Prozessor in einem festgelegten, bevorzugt möglichst kurzen Zeitabstand durchgeführt werden, so dass die im Schritt 302 aktualisierten Werte den Momentanzustand möglichst genau wiedergeben.
In 6 ist ein weiteres Verfahren dargestellt, das, beispielsweise vom Prozessor 30 der 2, parallel oder abwechselnd mit den Verfahren der 4 und 6 ausgeführt werden kann. In einem Schritt 400 wird ein für den gerade eingelegten Gang, dem Ist-Gang, repräsentatives Gangsignal empfangen und im Schritt 402 gespeichert.
7 zeigt ein weiteres Verfahren, das parallel oder sequenziell zu den Verfahren der 4 bis 7 ausgeführt werden kann. Im Schritt 500 wird ein für die Kurbelstellung der Kurbeln 8 repräsentativer Wert empfangen, beispielsweise das Kurbellagesignal 114. Im Schritt 502 wird dieser Wert gespeichert, beispielsweise im Speicher 124. Im optionalen Schritt 504 kann der im Schritt 500 empfangene Wert verarbeitet werden, beispielsweise indem im Schritt 502 nicht nur der momentane, sondern der Zeitverlauf der Kurbelposition abgespeichert und eine Kurvenanpassung an den Zeitverlauf berechnet wird. Die Kurvenanpassung kann beispielsweise mittels eines Spline-Fit oder einer Anpassung einer sinusförmigen Kurve, beispielsweise einer Sinusfunktion oder eines Polynoms durchgeführt werden. Im Berechnungsschritt 504 kann beispielsweise auch die Zeit berechnet werden, die bis zum Erreichen des Bereichs 116 bei der derzeitigen Trittfrequenz noch verstreichen wird.
In 8 ist beispielhaft der Ablauf eines Verfahrens dargestellt, mit dem unter Last das Tretlagerschaltgetriebe 20 geschaltet werden kann. Das in 8 dargestellte Verfahren kann parallel oder sequenziell zu den in 4 bis 7 dargestellten Verfahren ausgeführt werden. Es kann in vorbestimmten Zeitabständen oder interruptgesteuert, beispielsweise bei Empfang eines Gangwechselsignals 92 ausgeführt werden. Die Verfahren der 4 bis 8 können auch Teil des Verfahrens nach 8 sein.
Im Schritt 600 wird der für das momentane Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 repräsentative Wert ausgelesen, der nach Schritt 302 der 5 laufend aktualisiert wird.
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.
Im Schritt 602 wird das Drehmoment an der Eingangswelle 64 mit dem Lastschaltmaximum 117 verglichen. Ist das Drehmoment 68 kleiner als das Lastschaltmaximum, so bedeutet dies, dass der Aktor 50 in der Lage ist, einen Gangwechsel vorzunehmen. In diesem Fall kann der Schaltvorgang sofort durchgeführt werden und es wird mit Schritt 604 fortgefahren..
Im Schritt 604 wird zunächst der einzulegende Soll-Gang ausgelesen, der beispielsweise im Schritt 202 gemäß dem Verfahren von 4 laufend aktualisiert gespeichert wird.
Im Schritt 606 wird der Soll-Gang mit dem Ist-Gang verglichen, der im Schritt 402 gespeichert wurde.
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.
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 2 dargestellten Ausführungsform, dass das Schaltsignal 106 an den Aktor 50 ausgegeben wird und der Aktor 50 das Schaltelement 74 betätigt. Im Schritt 608 kann eine Warteschleife implementiert sein, die die Durchführung des nächsten Schrittes um eine vorbestimmte Zeitspanne aussetzt. Diese Zeitspanne ist gleich bevorzugt größer als eine vorbestimmte Zeitdauer, die beispielsweise der Länge der Zeitspanne für den Gangwechsel entspricht.
Der Schritt 606 kann auch entfallen, wenn der Soll-Gang im Verfahren nach 4 laufend aktualisiert wird und der im Schritt 606 vorgenommene Vergleich sowie das Zurücksetzen des Gangschaltsignals im Schritt 612 bereits laufend im Schritt 204 stattfindet.
Nach dem Schaltvorgang 608 wird in Schritt 610 der nun eingelegte Ist-Gang mit dem im Schritt 604 eingelesenen Soll-Gang verglichen.
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 4 automatisch aktualisiert oder kann an dieser Stelle zurückgesetzte bzw. gelöscht werden.
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 50 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 50 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.
Wird im Schritt 602 festgestellt, dass das Drehmoment 68 an der Eingangswelle 64 des Tretlagerschaltgetriebes 20 größer ist als das Lastschaltmaximum, so kann in einem Schritt 618 die aktuelle Kurbellage, die beispielsweise gemäß dem Verfahren der 7 aktualisiert sein kann, abgefragt werden. Solange sich die Kurbellage nicht im Bereich 116, also in einem vorbestimmten Winkelbereich um die Totpunktlage 110 befindet, wird der nächste Verfahrensschritt nicht ausgeführt.
Im Schritt 620 wird der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 68 mit dem Lastschaltmaximum verglichen. Der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 68 wird nach dem Verfahren von 5 laufend aktualisiert und im Schritt 302 gespeichert.
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 50 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.
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 50 bzw. das Schaltelement auf eine dem Ist-Gang entsprechende Stellung bewegt werden.
Wenn im Schritt 620 festgestellt wird, dass der auf die Tretleistung zurückgehende Anteil am Drehmoment 68 kleiner als das Lastschaltmoment ist, wird mit Schritt 604 fortgefahren.
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.
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.
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 50 und das Tretlagerschaltgetriebe 20 benötigen, um ausgehend vom Ist-Gang in den Soll-Gang zu schalten.
Anschließend wird mit Schritt 610 fortgefahren und der eingelegte Gang überprüft.
Bezugszeichen

1: Fahrrad
2: Hilfsmotor
4: Tretlager
6: Pedal
8: Pedalkurbel
10: Akkumulator
12: Zugmitteltrieb
14: Hinterrad
16: Nabe
18: Tretlagerschaltung
20: Tretlagerschaltgetriebe
22: Gangschalter
24: Lenker
26: Steuereinheit
28: Display
30: Prozessor
32: Rahmen
34: Gehäuse
50: Aktor
52: Getriebeschaltsystem
54: Tretkraft
56: Tretlagerwelle
58: Tretmoment
60: Motorgetriebe
61: Hohlwelle
62: Freilauf
63: Unterstützungsmoment
64: Eingangswelle
65: Ausgangswelle
66: Kettenblatt oder Zahnriemenscheibe
67: Ritzel oder Zahnriemenscheibe
68: Drehmoment an der Eingangswelle
69: Getriebestufe
69a: erste Getriebestufe
69b: zweite Getriebestufe
69c: dritte Getriebestufe
70: Stirnradgetriebe
71: Zwischenwelle
72: Kupplung
74: Schaltelement
76: Kulissensteuerung
77: Schaltfinger
78: Wellenachse
80: Aktorgetriebe
84: Verzahnung
86: Führung
88: Taster zum Heraufschalten eines Ganges
90: Taster zum Herabschalten eines Ganges
92: Gangwechselsignal
94: Antriebsparametersensor
96: Antriebsparametersignal
100: Drehmoment- und/oder Leistungssensor an der Eingangswelle
102: Drehmoment- und/oder Leistungssensor an der Tretlagerwelle
104: Drehmoment- und/oder Leistungssensor an der Ausgangswelle
106: Schaltsignal
108: Winkellage einer Pedalkurbel
110: Totpunktlage
112: Kurbellagesensor
114: Kurbellagesignal
116: Bereich um Totpunktlage
117: Lastschaltmaximum
118: Alarmsignal
120: optisches Warnsignal
122: akustisches Warnsignal
124: Speicher
126: Hinweissignal
128: Sensor zur Erfassung der Unterstützungsleistung
129: Sensor zur Erfassung der Tretleistung
130: Leistungssignal
132: Motorsteuersignal
134: Gangsensor
134a-d: Positionssensoren
136: Gangsignal
138: Aktorausgangswelle
140: Ganganzeige
200: Auslösen eines Gangwechselsignals
202: Speichern des Gangwechselsignals
204: Aktualisieren des Gangwechselsignals
206: Erfassen des Ist-Ganges zur Aktualisierung des Gangswechselsignals
300: Erfassen eines für das Drehmoment an der Eingangswelle des Tretlagerschaltgetriebes und optional für den Anteil der Tretleistung und/oder der Unterstützungsleistung am Drehmoment an der Eingangswelle repräsentativen Wertes
302: Speichern des Wertes
304: Aktualisieren und optional Korrigieren und Verarbeiten des Wertes
400: Empfang eines für den eingelegten Gang repräsentativen Gangsignals 402, Speichern des Gangsignals
500: Empfang eines für die Kurbellage repräsentativen Wertes
502: Speichern des Wertes
504: Verarbeiten des Wertes
600: Erfassen des Drehmoments an der Ausgangswelle und des Lastschaltmaximums
602: Vergleich von Drehmoment und Lastschaltmaximum
604: Erfassen des Soll-Ganges
606: Vergleich des Soll-Ganges mit dem Ist-Gang
608: Befehl zum Ausführen des Schaltvorganges bzw. Ausführen des Schaltvorganges
610: Vergleich des Soll-Ganges mit dem Ist-Gang
612: Zurücksetzen des Soll-Ganges
618: Vergleich der Kurbelstellung mit der Totpunktlage
620: Vergleich des Anteils der Tretleistung an den Drehmoment an der Eingangswelle mit dem Lastschaltmoment
622: Verringern der Unterstützungsleistung
624: Erhöhen der Unterstützungsleistung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 1020211014158 [0042]
EP 1982913 A1 [0081]

Claims

Prozessor (30) zur Steuerung eines mit einer Eingangswelle (64) und mit einem Aktor (50) zum Gangwechsel in Abhängigkeit von einem Schaltsignal (106) versehenen Tretlagerschaltgetriebes (20) eines Fahrrades (1) mit Hilfsmotor (2), wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, - ein Gangwechselsignal (92) zu empfangen, das repräsentativ ist für einen von einem Benutzer des Fahrrads (1) ausgelösten Schaltbefehl, und - ein Antriebsparametersignal (96) zu empfangen, das repräsentativ ist wenigstens für ein an der Eingangswelle (64) anliegendes Drehmoment (68), - wobei der Prozessor (30) ferner ausgestaltet ist, nach Empfangen des Gangwechselsignals (92) das Schaltsignal (106) in Abhängigkeit vom Antriebsparametersignal (96) auszugeben.
Prozessor (30) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor (30) ausgebildet ist, ein Leistungssignal (130) zu empfangen, das repräsentativ für eine Tretleistung des Benutzers und/oder eine Unterstützungsleistung des Hilfsmotors (2) ist, und wobei der Prozessor (30) ausgebildet ist, abhängig vom Antriebsparametersignal (94) und vom Leistungssignal (130) den vom Benutzer erzeugten Anteil am an der Eingangswelle (64) anliegenden Drehmoment (68) zu ermitteln.
Prozessor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Schaltsignal (106) auszugeben, wenn das vom Antriebsparametersignal (96) repräsentierte Drehmoment (68) kleiner als ein vorbestimmter Wert (117) ist.
Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, eine Schaltrichtung zu ermitteln, die repräsentativ ist für eine Schaltrichtung in Richtung eines höheren oder niedrigeren Ganges, und wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Schaltsignal (106) abhängig von der ermittelten Schaltrichtung auszugeben.
Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, ein Kurbellagesignal (114) zu empfangen, das repräsentativ ist für eine Winkellage einer Pedalkurbel (8) des Fahrrades (1) und wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Schaltsignal (106) abhängig vom Kurbellagesignal (114) auszugeben.
Prozessor (30) nach Anspruch 5, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Kurbellagesignals (114) und des Antriebsparametersignals (96) eine Totpunktlage (110) zu ermitteln, an der das Drehmoment (68) an der Eingangswelle (64) minimal und/oder kleiner als ein vorbestimmter Wert (117) ist.
Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, ein Motorsteuersignal (132) zu erzeugen und auszugeben, das repräsentativ für eine vom Hilfsmotor (2) abzugebende Unterstützungsleistung ist, und wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Motorsteuersignal (132) abhängig vom Gangwechselsignal (92) und vom Antriebsparametersignal (92) zu erzeugen.
Prozessor (30) nach Anspruch 7, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Motorsteuersignal (132) abhängig vom Kurbellagesensor (112) zu erzeugen.
Prozessor (30) nach Anspruch 7 oder 8 und nach Anspruch 2, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, eine Tretleistung des Benutzers des Fahrrads (1) abhängig vom Leistungssignal (130) zu ermitteln.
Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Gangwechselsignalen (92) zusammenzufassen und als Schaltsignal (106) auszugeben.
Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, ein Gangsignal (136) zu empfangen, das repräsentativ ist für den am Tretlagerschaltgetriebe (18, 20) gerade eingelegten Gang, und wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Schaltsignal (106) abhängig vom Gangsignal (136) auszugeben.
Prozessor (30) nach Anspruch 11, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, abhängig vom Gangwechselsignal (92) einen am Getriebe einzulegenden Soll-Gang und abhängig vom Gangsignal (136) einen am Tretlagerschaltgetriebe (20) eingelegten Ist-Gang zu ermitteln, und wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, das Schaltsignal (106) abhängig vom Antriebsparametersignal (96) auszugeben, bis der Ist-Gang dem Soll-Gang entspricht.
Prozessor (30) nach Anspruch 11 oder 12, wobei im Gangsignal (130) eine Drehzahl der Eingangswelle (64) und eine Drehzahl der Ausgangswelle (65) des Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) oder das Verhältnis dieser beiden Drehzahlen enthalten ist.
Prozessor (30) nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Prozessor (30) ausgestaltet ist, den vorbestimmten Wert (117) des Drehmoments (68) an der Eingangswelle (64) abhängig vom Gangsignal (130) zu ermitteln.
Computer-implementiertes Verfahren zum Steuern eines mit einer Eingangswelle (64) und mit einem Aktor (50) zum Gangwechsel in Abhängigkeit von einem Schaltsignal (106) versehenen Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) eines Fahrrades (1) mit Hilfsmotor (2), wobei ein Gangwechselsignal (92), das repräsentativ ist für einen von einem Benutzer des Fahrrads (1) ausgelösten Schaltbefehl, und ein Antriebsparametersignal (96) empfangen wird, das repräsentativ ist für ein an der Eingangswelle (64) anliegendes Drehmoment (68), wobei nach Empfang des Gangwechselsignals (92) das Schaltsignal (106) abhängig vom Antriebsparametersignal (96) ausgegeben wird.
Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Schaltsignal (106) ausgegeben wird, wenn das durch das Antriebsparametersignal (96) repräsentierte Drehmoment (68) an der Eingangswelle (64) kleiner als ein vorbestimmter Wert (117) ist.
Computerprogrammprodukt oder computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 durchzuführen.
Tretlagerschaltung (18) für ein Fahrrad (1) mit Hilfsmotor (2), - mit einem Prozessor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, - dem die Eingangswelle (64) aufweisenden Tretlagerschaltgetriebe (18, 20), - dem Aktor (50) und - mit einem Antriebsparametersensor (94), der ausgebildet, das Antriebsparametersignal (96) zu erzeugen.
Tretlagerschaltung (18) nach Anspruch 18, wobei der Antriebsparametersensor (94) wenigstens einen Leistungssensor (100, 104) aufweist, der an der Tretlagerwelle (56) oder der Eingangswelle (64) angeordnet ist.
Tretlagerschaltung (18) nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Getriebeschaltsystem (52) einen Kurbellagesensor (112) aufweist, der ausgebildet ist, das Kurbellagesignal (114) auszugeben.
Tretlagerschaltung (18) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Getriebeschaltsystem (52) einen Gangsensor (134) aufweist, der ausbildet ist, das Gangsignal (136) zu erzeugen.
Tretlagerschaltung (18) nach Anspruch 21, wobei der Antriebsparametersensor (94) ausgebildet ist, wenigstens zwei Leistungen aus der Gruppe enthaltend Tretleistung des Benutzers, Unterstützungsleistung des Hilfsmotors (2) und Gesamtleistung zu erfassen.
Tretlagerschaltung (18) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Getriebeschaltsystem (52) einen von Hand betätigbar ausgestalteten Gangschalter (22) aufweist, der ausgebildet ist, bei Betätigung das Gangwechselsignal (92) zu erzeugen.
Tretlagerschaltung (18) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das Getriebeschaltsystem (52) einen Hilfsmotor (2) aufweist.
Verfahren zum Umschalten zwischen den Gängen eines mehrgängigen, von einem Aktor (50) betätigten Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) eines Fahrrads (1) mit Hilfsmotor (2), wobei auf ein von einem Benutzer des Fahrrads (1) erzeugtes Gangwechselsignal (92) hin der Aktor (50) automatisch in Abhängigkeit von einem Drehmoment (68) an der Eingangswelle (64) betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Aktor (50) betrieben wird, wenn das an der Eingangswelle (64) des Tretlagerschaltgetriebes (18, 20) anliegende Drehmoment (68) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei der Aktor (50) automatisch dann betrieben wird, wenn sich eine Winkellage (108) einer Pedalkurbel (8) des Fahrrads (1) in einem vorbestimmten Bereich (116) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei eine Unterstützungsleistung des Hilfsmotors (2) während des Betriebs des Aktors (50) automatisch verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Unterstützungsleistung automatisch auf einen Wert verringert wird, bei dem das Drehmoment (68) an der Eingangswelle (64) kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei der vorbestimmte Wert des Drehmoments (68) bei einem Umschalten abhängig von einer Schaltrichtung ist.