DE102022204680B3 - Antriebsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads, Verfahren zur Steuerung, Steuereinrichtung und Fahrrad - Google Patents

Antriebsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads, Verfahren zur Steuerung, Steuereinrichtung und Fahrrad Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrrads (100), umfassend• eine Kurbelwelle (2),• eine als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine (4) und einen elektrischen Energiespeicher (6), wobei die elektrische Maschine (4) als Antriebsmotor zum unterstützenden Antrieb der Kurbelwelle (2) und als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie betreibbar ist,• einen Zugmitteltrieb (7) mit einer ersten Welle (8), einer zweiten Welle (9) und einem diese Wellen (8, 9) in beiden Drehrichtungen antriebswirksam miteinander verbindenden Zugmittel (10), wobei die Kurbelwelle (2) mittels eines Schaltelements (11) mit der ersten Welle (8) verbindbar ist,• Mittel zum Erfassen eines Nickwinkels des Fahrrads (100) und Generieren entsprechender Sensordaten,• Mittel zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrrads (100) und Generieren entsprechender Sensordaten,• Mittel zum Erfassen einer Kurbelwellendrehzahl und Generieren entsprechender Sensordaten, und• eine Steuervorrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, diese Sensordaten zu verarbeiten und einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (4) in einem Schubbetrieb des Fahrrads (100) in Abhängigkeit dieser Sensordaten zu steuern, dass die Rekuperation dann erfolgt, wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel des Fahrrads (100) einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads (100) einen Schwellwert überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads mit einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Antriebsvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
  • Beispielsweise offenbart die DE 10 2021 201 502 A1 eine Steuervorrichtung für ein menschlich angetriebenes Fahrzeug, umfassend eine Steuerung für einen Motor, der dazu eingerichtet ist, eine Antriebskraft auf das menschlich angetriebene Fahrzeug auszuüben, und eine Batterie, die den Motor mit elektrischer Energie versorgt. Der Motor ist rückspeisefähig und die Batterie ist dazu eingerichtet, durch eine erste elektrische Energie, die durch einen vom Motor durchgeführten Rückspeisungsvorgang erzeugt wird, und durch eine zweite elektrische Energie, die von einer kommerziellen Energieversorgung zugeführt wird, aufladbar zu sein. Das menschlich angetriebene Fahrzeug umfasst mindestens einen Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor, einen Drehmomentsensor, einen Kurbel-Rotationssensor, einen Leistungsmesser und einen Neigungssensor.
  • Ferner offenbart die DE 10 2019 204 021 A1 eine Vorrichtung zum Anpassen einer Ausgangsleistung eines Elektroantriebs eines Elektrofahrrads. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Fahrzustandssensoren zum Erfassen von aktuellen Messwerten einer Mehrzahl von Kenngrößen eines Fahrzustands eines Elektrofahrrads, wobei jeder dieser Kenngrößen ein zugehöriger aktueller oberer Grenzwert für die Ausgangsleistung eines Elektroantriebs des Elektrofahrrads zugeordnet ist und der zugehörige aktuelle obere Grenzwert für mindestens eine der Kenngrößen in Abhängigkeit von dem aktuellen Messwert dieser Kenngröße einen von mehr als zwei unterschiedlichen, dieser Kenngröße zugeordneten Grenzwerten einnimmt. Zudem umfasst die Vorrichtung eine Leistungssteuerungseinrichtung, die eine Leistungsbegrenzungseinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die aktuelle Ausgangsleistung auf einen aktuellen Minimalwert der aktuellen oberen Grenzwerte zu begrenzen, wenn die aktuelle Ausgangsleistung den aktuellen Minimalwert erreicht oder überschreitet.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad sowie ein Verfahren zur Steuerung der Antriebsvorrichtung und eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Insbesondere soll eine Rekuperation von elektrischer Energie ohne die Verwendung eines Nabenmotors mit Generatorfunktion realisiert werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 11, 12 und 13. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der davon abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads umfasst eine Kurbelwelle mit einer Tretkurbel zur Einspeisung einer Antriebsleistung eines Fahrradfahrers in den Antriebsstrang, eine als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, wobei die elektrische Maschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden sowie als Antriebsmotor zum unterstützenden Antrieb der Kurbelwelle und als Generator zur Rekuperation betreibbar ist, einen Zugmitteltrieb mit einer ersten Welle, einer zweiten Welle und einem diese Wellen in beiden Drehrichtungen antriebswirksam miteinander verbindenden Zugmittel, wobei die Kurbelwelle mittels eines Schaltelements mit der ersten Welle verbindbar ist, wobei die Rotorwelle mit der ersten Welle antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Welle dazu eingerichtet ist, mit einem Antriebsrad des Fahrrads antriebswirksam verbunden zu sein, Mittel zum Erfassen eines Nickwinkels des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten, Mittel zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten, Mittel zum Erfassen einer Kurbelwellendrehzahl und Generieren entsprechender Sensordaten, und eine Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, diese Sensordaten zu verarbeiten und einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine in einem Schubbetrieb des Fahrrads in Abhängigkeit dieser Sensordaten derart zu steuern, dass die Rekuperation dann erfolgt, wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet, wobei die Kurbelwelle und die erste Welle mittels des Schaltelements voneinander abgekoppelt sind, sodass nur das Antriebsrad des Fahrrads zum Antrieb der elektrischen Maschine über den Zugmitteltrieb vorgesehen ist.
  • Die Rekuperation im Schubbetrieb erfolgt somit stets in Abhängigkeit der Sensordaten von Nickwinkel des Fahrrads, Geschwindigkeit des Fahrrads und Kurbelwellendrehzahl, wobei diese Sensordaten über die dazugehörigen Mittel entweder unmittelbar sensiert oder mittelbar über weitere Größen berechnet werden. In Abhängigkeit dieser Sensordaten wird zumindest der Generatorbetrieb der elektrischen Maschine von der Steuervorrichtung derart gesteuert beziehungsweise geregelt, dass während des Schubbetriebs besonders effizient elektrische Energie generiert und in den elektrischen Energiespeicher eingespeist wird. Unter dem Begriff „Erfassen“ ist nicht nur ein unmittelbares Sensieren, sondern auch ein mittelbares Berechnen der jeweiligen Größe aus anderen Größen zu verstehen. Unter dem Begriff „Sensordaten“ sind Informationen zu jeweiligen Größen zu verstehen, die mittels der Steuervorrichtung verarbeitet werden können. Unter dem Begriff „Rekuperation“ ist die Erzeugung von elektrischer Energie durch aufgeprägte Rotation der Rotorwelle der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb und Einspeisung in den elektrischen Energiespeicher zu verstehen.
  • Mit anderen Worten erfolgt die Rekuperation im Schubbetrieb des Fahrrads nur dann, wenn die drei Voraussetzungen erfüllt sind, nämlich wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel des Fahrrads einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten, also die Kurbelwellendrehzahl geringer als ein erster Schwellwert ist und der Nickwinkel des Fahrrads geringer als ein zweiter Schwellwert ist, sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet, also die Geschwindigkeit des Fahrrads größer als ein dritter Schwellwert ist.
  • Beispielsweise ist der Schwellwert für die Kurbelwellendrehzahl im Wesentlichen Null, also derart gewählt, dass im Wesentlichen keine Umdrehung der Kurbelwelle vorliegt und somit der Fahrradfahrer nicht pedaliert. Geringe Bewegungen der Kurbelwelle in beiden Drehrichtungen bleiben dabei außer Acht. Wenn der Fahrradfahrer nicht pedaliert, wird auch die elektrische Maschine nicht als Antriebsmotor betrieben, da die zu unterstützende Antriebsleistung des Fahrradfahrers fehlt. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass eine Beschleunigung des Fahrrads, also eine Geschwindigkeitszunahme des Fahrrads nicht erwünscht ist, solange der Fahrradfahrer nicht pedaliert.
  • Über den Nickwinkel des Fahrrads lässt sich feststellen, ob das Fahrrad derart geneigt ist, dass es an einem Hang vorliegt, beziehungsweise eine Hangabfahrt mit dem Fahrrad erfolgt, sodass die potentielle Energie des Fahrrads während der Hangabfahrt in kinetische Energie umgewandelt wird, wobei dadurch das Fahrrad ohne Einwirkung des Fahrradfahrers beschleunigt wird. Der Nickwinkel kann ein positiver Wert oder ein negativer Wert sein. Ein positiver Wert des Nickwinkels zeigt einen Zustand an, in dem das Fahrrad in Fahrtrichtung aufwärts geneigt ist. Ein negativer Wert des Nickwinkels zeigt einen Zustand an, in dem das Fahrrad in Fahrtrichtung nach unten geneigt ist, wobei vorliegend nur der negative Wert des Nickwinkels relevant ist. Beispielsweise beträgt der Schwellwert für den Nickwinkel des Fahrrads mindestens -5 Grad, vorzugsweise mindestens -10 Grad. Da der hier relevante Nickwinkel ein negatives Vorzeichen hat, bedeutet der Begriff „unterschreiten“ in diesem Zusammenhang, dass der Betrag des Wertes größer als der Schwellwert ist. Der Schwellwert für den Nickwinkel des Fahrrads kann vorteilhafterweise durch eine Eingabe des Fahrradfahrers an der Steuervorrichtung geändert werden, insbesondere durch Auswahl unterschiedlicher Rekuperationsmodi.
  • Durch die Erfassung der Geschwindigkeit des Fahrrads wird sichergestellt, dass nur dann die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, wenn eine effiziente Rekuperation möglich ist und somit genügend elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine in den elektrischen Energiespeicher eingespeist werden kann. Beispielsweise kann eine effiziente Rekuperation ab einer Geschwindigkeit von 10 km/h, vorzugsweise 15 km/h erfolgen. Der Schwellwert für den Geschwindigkeit des Fahrrads kann vorteilhafterweise durch eine Eingabe des Fahrradfahrers an der Steuervorrichtung geändert werden, insbesondere durch Auswahl unterschiedlicher Rekuperationsmodi.
  • Während der Rekuperation werden mittels des Schaltelements die Kurbelwelle und die erste Welle des Zugmitteltriebs voneinander abgekoppelt. Mithin ist das Schaltelement im Leistungsfluss zwischen der Kurbelwelle und der ersten Welle des Zugmitteltriebs angeordnet und verbindet lösbar die Kurbelwelle und die erste Welle. Unter einem „Schaltelement“ ist eine schaltbare Vorrichtung zu verstehen, die zumindest zwei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine geöffnete und eine geschlossene Schaltstellung. In der geöffneten Schaltstellung sind die Kurbelwelle und die erste Welle voneinander abgekoppelt, also relativ zueinander drehbar. In der geschlossenen Schaltstellung sind die Kurbelwelle und die erste Welle antriebswirksam, insbesondere drehfest miteinander verbunden. Vorzugsweise wird das Schaltelement aktiv von der Steuervorrichtung betrieben, also geöffnet und geschlossen. Bevorzugt sind die Kurbelwelle und die Tretkurbel drehfest miteinander verbunden. Das Schaltelement ermöglicht somit die mechanische Abkopplung der Tretkurbel, sodass der Fahrradfahrer einerseits keine Antriebsleistung in den Antriebsstrang einbringen kann, wobei andererseits die Rekuperation mittels der elektrischen Maschine im Schubbetrieb des Fahrrads keinen Einfluss auf den Fahrradfahrer hat, weil die Kurbelwelle und die Rotorwelle voneinander entkoppelt sind.
  • Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ einer Welle oder einer Vorrichtung mit einer anderen Welle oder mit einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Wellen oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind, beispielsweise drehfest, oder mittelbar über mindestens ein weiteres Bauteil, beispielsweise über mindestens eine weitere Welle und/oder mindestens ein weiteres Zahnrad miteinander verbunden sein können, sodass diese zwangsläufig mit einer proportionalen Drehzahl drehen.
  • Die als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine dient zum unterstützenden Antrieb der Tretkurbelwelle und zur Rekuperation von elektrischer Energie. Vorteilhaft an dem Mittelmotor gegenüber einem Nabenmotor ist, insbesondere die Position am Fahrrad, zwischen den beiden Rädern, also der mittige Schwerpunkt, wodurch der Mittelmotor leichter zu handhaben ist und eine höhere Effizienz und Leistung bei gleichem Gewicht aufweist. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine kann koaxial oder achsparallel zur Kurbelwelle angeordnet sein. Beispielsweise ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine drehfest mit der ersten Welle verbunden.
  • Das Zugmittel des Zugmitteltriebs umspannt die beiden Wellen des Zugmitteltriebs und verbindet diese in beiden Drehrichtungen antriebswirksam miteinander. Mithin kann einerseits die erste Welle drehrichtungsunabhängig die zweite Welle über das Zugmittel antreiben, wobei andererseits auch die zweite Welle drehrichtungsunabhängig die erste Welle über das Zugmittel antreiben kann. Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein. Optional kann die jeweilige Welle des Zugmitteltriebs einen verzahnten Abschnitt oder ein Festrad aufweisen, um mit dem Zugmittel in beiden Drehrichtungen antriebswirksam zusammenzuwirken. Bevorzugt ist der Zugmitteltrieb als Riementrieb ausgebildet, wobei das Zugmittel als Riemen, der die beiden Wellen umspannt, ausgebildet ist.
  • „In beiden Drehrichtungen antriebswirksam verbunden“ bedeutet, dass der Zugmitteltrieb im Zugbetrieb des Antriebsstrangs zumindest die Antriebsleistung vom Fahrradfahrer und optional auch die Antriebsleistung von der elektrischen Maschine über die erste Welle und das Zugmittel auf die zweite Welle überträgt, wobei die zweite Welle zumindest mittelbar das Antriebsrad des Fahrrads antreibt, wobei der Zugmitteltrieb im Schubbetrieb des Antriebsstrangs Antriebsleistung vom Antriebsrad über die zweite Welle und das Zugmittel auf die erste Welle überträgt, wobei die erste Welle zumindest mittelbar die Rotorwelle antreibt und die elektrische Maschine im Generatorbetrieb kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt und in den elektrischen Energiespeicher einspeist, um diesen aufzuladen. Damit die elektrische Maschine im Antriebsmotorbetrieb Antriebsleistung generiert, benötigt sie elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher, wobei der elektrische Energiespeicher dabei entladen wird.
  • Der Fahrradfahrer leitet über Pedale an den Tretkurbeln eine Antriebsleistung, also eine Antriebsdrehzahl und ein Antriebsdrehmoment, auf die Kurbelwelle ein, wobei die Kurbelwelle über das Schaltelement lösbar mit der ersten Welle des Zugmitteltriebs verbunden ist. Die elektrische Maschine weist einen gehäusefesten Stator und einen mit der Rotorwelle drehfest verbundenen Rotor auf, wobei über die Rotorwelle eine weitere Antriebsleistung, also eine weitere Antriebsdrehzahl und ein weiteres Antriebsdrehmoment zumindest mittelbar auf die erste Welle des Zugmitteltriebs eingeleitet wird, um den Antrieb des Fahrradfahrers zu unterstützen. Mithin sind in einem geschlossenen Zustand des Schaltelements die Kurbelwelle, die Rotorwelle und die erste Welle antriebswirksam, beispielsweise drehfest, miteinander verbunden, wobei in einem geöffneten Zustand des Schaltelements die Rotorwelle und die erste Welle antriebswirksam, beispielsweise drehfest, miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann im Leistungsfluss zwischen der Rotorwelle und der ersten Welle des Zugmitteltriebs ein schaltbares Getriebe oder eine feste Übersetzungsstufe angeordnet sein. Über das Zugmittel des Zugmitteltriebs wird die Antriebsleistung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle übertragen. Insbesondere ist die zweite Welle zumindest mittelbar mit einem als Hinterrad ausgebildeten Antriebsrad des Fahrrads antriebswirksam verbunden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung ein als Nabenschaltung ausgebildetes Getriebe auf, wobei das Getriebe dazu eingerichtet ist, im Leistungsfluss zwischen der zweiten Welle des Zugmitteltriebs und dem Antriebsrad des Fahrrads angeordnet zu sein. Insbesondere ist das Getriebe in der Nabe des Antriebsrads integriert. Beispielsweise ist das als Nabenschaltung ausgebildete Getriebe das einzige schaltbare Getriebe der Antriebsvorrichtung. Für die Einstellung beziehungsweise Änderung der Übersetzung der Nabenschaltung werden Steuerbefehle von der Steuervorrichtung an die Nabenschaltung übermittelt, sodass die Nabenschaltung beispielsweise automatisiert von der Steuervorrichtung betrieben wird. Alternativ erfolgt eine Änderung der Übersetzung der Nabenschaltung auf Wunsch des Fahrradfahrers bei Betätigung entsprechender Eingabemittel, die beispielsweise am Fahrradlenker angeordnet sind. Über die Nabenschaltung erfolgt die Anbindung der elektrischen Maschine nicht nur zum Antrieb des Fahrrads, sondern auch zur Rekuperation von elektrischer Energie bei einer Talabfahrt. Die Nabenschaltung gewährleistet insbesondere einen Kraftschluss des Antriebsrades mit dem Zugmitteltrieb. Zur Erhöhung der Drehzahl an der elektrischen Maschine während der Rekuperation von elektrischer Energie, kann die Nabenschaltung entsprechend verstellt werden.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Neigungssensor als Mittel zum Erfassen des Nickwinkels des Fahrrads eingerichtet. Beispielsweise kann der Neigungssensor entweder an dem Fahrradrahmen angeordnet oder in der Steuervorrichtung integriert sein. Beispielsweise ist der Neigungssensor dazu eingerichtet, den Nickwinkel im Bereich von -90 Grad bis 90 Grad zu sensieren, wobei ein Nickwinkel von -90 Grad einer senkrechten Ausrichtung des Fahrrads mit dem Vorderreifen nach unten entspricht, und wobei ein Nickwinkel von 90 Grad einer senkrechten Ausrichtung des Fahrrads mit dem Vorderreifen nach oben entspricht. Alternativ oder ergänzend kann der Nickwinkel aus Sensordaten eines Drucksensors oder Wegsensors in der Federgabel des Fahrrads oder aus Sensordaten eines barometrischen Höhensensors berechnet werden. Ferner alternativ oder ergänzend können Kartendaten eines Navigationssystems des Fahrrads zur Erfassung des Nickwinkels verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Drehwinkelsensor als Mittel zum Erfassen der Kurbelwellendrehzahl eingerichtet. Insbesondere kann der Drehwinkelsensor entweder unmittelbar an der Kurbelwelle oder an einem drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Bauteil angeordnet sein. Beispielsweise ist der Drehwinkelsensor dazu eingerichtet, einen Kurbelwellenwinkel im Bereich von 0 Grad bis 360 Grad zu sensieren, wobei dies einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle entspricht. Das Sensieren des Kurbelwellenwinkels über die Zeit ermöglicht die Berechnung der Kurbelwellendrehzahl.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Hall-Sensor als Mittel zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrrads eingerichtet. Beispielsweise ist der Hall-Sensor am Vorderrad des Fahrrads angeordnet und dazu eingerichtet, die Umdrehungen des Vorderrads über die Zeit zu sensieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schaltelement zwei Zapfen auf, wobei zumindest einer der beiden Zapfen mechanisch verstellbar ist. Die beiden Zapfen sind dazu eingerichtet, reibschlüssig miteinander zusammenzuwirken, um eine drehfeste Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der ersten Welle herzustellen. Beispielsweise erfolgt eine Betätigung des Schaltelements, insbesondere eine axiale Verschiebung eines Zapfens über einen Aktuator. Die Zapfen sind vorzugsweise rotationssymmetrische Bauteile, die koaxial zur Kurbelwelle angeordnet sind. Alternativ kann das Schaltelement reibschlüssige Kupplungslamellen oder formschlüssige Klauen aufweisen. Das Schaltelement wird unabhängig von seiner Ausgestaltung stets von der Steuervorrichtung aktiv betätigt, um geöffnet und geschlossen zu werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung einen Inverter auf, der im Energiefluss zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher angeordnet ist. Der Inverter ist dazu eingerichtet, einerseits elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher in die elektrische Maschine einzuspeisen, um diese als Antriebsmotor zu betreiben, und andererseits die im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie in den elektrischen Energiespeicher zu speisen. Insbesondere ist der elektrische Energiespeicher als Akkumulator ausgebildet, wobei der Energiefluss zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher, also ein Laden und Entladen des elektrischen Energiespeichers, über den Inverter von der Steuervorrichtung gesteuert wird. Dazu werden Steuersignale über signalführende Leitungen von der Steuervorrichtung zumindest an die elektrische Maschine und an den Inverter übermittelt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung eine optische Anzeigevorrichtung auf, wobei die Steuervorrichtung in die optische Anzeigevorrichtung integriert ist. Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung an einem Fahrradlenker angeordnet und dazu eingerichtet, zumindest antriebsspezifische Anzeigedaten, insbesondere einen aktuellen Betriebsmodus der elektrischen Maschine, also den unterstützenden Fahrbetrieb oder den Rekuperationsbetrieb, anzuzeigen. Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Gangstufe und eine Geschwindigkeit des Fahrrads für den Fahrradfahrer visualisieren. Bevorzugt umfasst die Anzeigevorrichtung einen Bildschirm mit einer Eingabeschnittstelle für den Fahrradfahrer, um zwischen Darstellungen zu wechseln oder Änderungen an Betriebsparametern der Antriebsvorrichtung vorzunehmen. Insbesondere kann eine Gangschaltung automatisiert erfolgen oder über die Eingabeschnittstelle an der Anzeigevorrichtung. Alternativ kann die Eingabeschnittstelle außerhalb der Anzeigevorrichtung angeordnet und mit der Anzeigevorrichtung signalübertragend verbunden sein. Bevorzugt erfolgt eine Ansteuerung der Nabenschaltung im Rekuperationsbetrieb automatisiert ohne Schaltbefehle vom Fahrradfahrer, sodass eine effiziente Rekuperation von elektrischer Energie gewährleistet wird. Beim Beenden des Rekuperationsbetriebs wird an der Nabenschaltung bevorzugt wieder die Übersetzung eingestellt, die vor dem Rekuperationsbetrieb eingestellt war.
  • Vorzugsweise weist die Steuervorrichtung eine Eingabeschnittstelle für den Fahrradfahrer auf, wobei über die Eingabeschnittstelle der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine steuerbar ist. Insbesondere kann der Fahrradfahrer über die Eingabeschnittstelle Parameter zur Steuerung des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine einstellen. Beispielsweise kann der Fahrradfahrer über die Eingabeschnittstelle den generatorische Betrieb der elektrischen Maschine erzwingen oder beenden. Beispielsweise wird das Rekuperieren aktiv durch den Fahrradfahrer beendet, indem er beginnt zu pedalieren oder dies durch Eingabe über die Eingabeschnittstelle an der Steuervorrichtung signalisiert. Wenn dies geschieht, wird das Schaltelement geschlossen, sodass der Fahrradfahrer über die Kurbelwelle Antriebsleistung in den Antriebsstrang des Fahrrads einleiten kann, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise als Antriebsmotor zum unterstützenden Antrieb der Kurbelwelle betrieben wird.
  • Als weiteren Rekuperationsbetrieb kann der Fahrradfahrer auch die Rekuperation von elektrischer Energie durch Pedalieren anfordern. Dabei bleiben die Sensordaten von Kurbelwellendrehzahl, Geschwindigkeit und Nickwinkel des Fahrrads außer Acht, wobei der Fahrradfahrer durch Pedalieren die Rotorwelle der elektrischen Maschine mitschleppt, um im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Beispielsweise kann die Aktivierung dieses Rekuperationsbetriebs über eine HMI-Schnittstelle an der Anzeigevorrichtung erfolgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung einen Bremsweggeber auf, der mit der Steuervorrichtung signalübertragend verbunden und dazu eingerichtet ist, einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zu steuern. Insbesondere ist der Bremsweggeber zur Erfassung der Betätigung einer Bremse beziehungsweise eines Bremshebels vorgesehen. Mittels des Bremshebels wird mindestens eine Reibungsbremse des Fahrrads betätigt und das Fahrrad verzögert. Beispielsweise kann vor der Betätigung einer Reibungsbremse am Fahrrad zunächst die elektrische Maschine im Generatorbetrieb zur Verzögerung des Fahrrads verwendet werden. Beispielsweise erfolgt die dadurch eingeleitete Rekuperation proportional zum Betätigungsweg des Bremshebels oder derart, dass eine Rekuperation ab einem Schwellwert unterstützend zur Reibungsbremse erfolgt. Insbesondere ist der Bremsweggeber mit der Steuervorrichtung signalübertragend verbunden. Bevorzugt verzögert die Steuervorrichtung das Fahrrad durch die elektrische Maschine in Abhängigkeit des Nickwinkels, der Geschwindigkeit und der Kurbelwellendrehzahl. Dadurch werden mechanische Bremskomponenten, insbesondere die Bremsbacken, Bremsscheiben und Bremsbeläge verschleißmindernd betrieben.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung Mittel zum Erfassen eines Wankwinkels des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten auf. Beispielsweise ist der mindestens eine Neigungssensor als Mittel zum Erfassen des Wankwinkels des Fahrrads eingerichtet. Dadurch können weitere Sensoren eingespart werden. Der Wankwinkel beschreibt einen Neigungswinkel quer zur Fahrtrichtung des Fahrrads, insbesondere die Neigung des Fahrrads bei Kurvenfahrten. Insbesondere wird eine Rekuperation in Kurvenfahrten nach Maßgabe des Wankwinkels gesteuert. Beispielsweise wird die Rekuperation in Kurvenfahrten derart gesteuert, dass ein Blockieren des Antriebsrads verhindert wird, wodurch die Fahrsicherheit bei Kurvenfahrten erhöht wird. Bevorzugt wird die Rekuperation von der Steuervorrichtung beim Wanken beziehungsweise Rollen um die Längsachse des Fahrrads in Kurvenfahrten mit zunehmendem Wankwinkel verringert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann bei einem Fahrrad, das mindestens drei Räder aufweist und somit keine Wankbewegung bei Kurvenfahrten durchführt, anstatt des Mittels zum Erfassen eines Wankwinkels des Fahrrads ein Mittel zum Erfassen eines Lenkwinkels des Fahrrads, insbesondere ein Lenkwinkelsensor an einer Aufnahme des Fahrradlenkers, vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Kurvenfahrt auch über ein Gyroskop in Kombination mit einem Beschleunigungssensor erfasst werden.
  • Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, überwacht die Steuervorrichtung die Sensordaten von den Mitteln zum Erfassen des Nickwinkels, den Mitteln zum Erfassen der Geschwindigkeit und den Mitteln zum Erfassen der Kurbelwellendrehzahl und startet die Rekuperation im Schubbetrieb des Fahrrads mittels der als Mittelmotor ausgebildeten elektrischen Maschine, sobald die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet, wobei während der Rekuperation mittels des Schaltelements die Kurbelwelle und die erste Welle voneinander abgekoppelt werden, sodass nur das Antriebsrad des Fahrrads über den Zugmitteltrieb die elektrische Maschine antreibt. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, das erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Mithin überwacht die Steuervorrichtung die zuvor genannten Sensordaten und startet die Rekuperation im Schubbetrieb des Fahrrads, sobald die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet, wobei die Steuervorrichtung dazu während der Rekuperation die Kurbelwelle und die erste Welle mittels des Schaltelements voneinander abgekoppelt, sodass nur das Antriebsrad des Fahrrads über den Zugmitteltrieb die elektrische Maschine antreibt. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung.
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrrad umfasst zumindest zwei Räder und eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung ist mit dem als Antriebsrad ausgebildeten Rad des Fahrrads antriebswirksam verbunden. Das erfindungsgemäße Fahrrad umfasst die üblichen Komponenten eines mit Muskelkraft antreibbaren Fahrrades und zusätzlich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, welche eine als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine und einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Derartige Fahrräder sind unter der Bezeichnung Elektrofahrrad, E-Bike oder Pedelec bekannt. Der elektrische Antrieb kann die Belastung des Radfahrers bei der Fortbewegung verringern oder seine Reichweite steigern. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrrad.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
    • 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
    • 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, und
    • 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrrad 100 stark vereinfacht dargestellt. Das Fahrrad 100 weist einen Rahmen 104 auf, an dem ein Vorderrad 102, ein als Antriebsrad 101 ausgebildetes Hinterrad, ein Fahrradlenker 105 und ein Sattel 103 angeordnet sind. Ferner weist das Fahrrad 100 eine Antriebsvorrichtung 1 auf, die dazu eingerichtet ist, das Fahrrad 100 zumindest mit einer Muskelkraft eines - hier nicht dargestellten - Fahrradfahrers anzutreiben. Dazu sitzt der Fahrradfahrer beim Fahren beispielsweise auf dem Sattel 103 und bringt über jeweilige Pedale 107 an Tretkurbeln 3 eine Antriebsleistung in den Antriebsstrang ein. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine elektrische Maschine 4, die dazu eingerichtet ist, ihrerseits auch eine Antriebsleistung in den Antriebsstrang einzuleiten, um den Fahrradfahrer zu unterstützen. Die Antriebsleistung der elektrischen Maschine 4 und die Antriebsleistung des Fahrradfahrers werden über einen Zugmitteltrieb 7 auf das Antriebsrad 101 des Fahrrads 100 übertragen. Dazu weist der Zugmitteltrieb 7 eine erste Welle 8, eine zweite Welle 9 und ein Zugmittel 10 auf, das die beiden Wellen 8, 9 umspannt und in beide Drehrichtungen miteinander verbindet. Vorliegend ist der Zugmitteltrieb 7 als Riementrieb ausgebildet, wobei das Zugmittel 10 als Riemen ausgebildet ist. Die erste Welle 8 ist mittelbar über weitere Elemente mit der Tretkurbel 3 lösbar verbunden. Ferner ist die erste Welle 8 mit der elektrischen Maschine nicht lösbar, also dauerhaft untrennbar verbunden. Die zweite Welle ist mit dem Antriebsrad 101 des Fahrrads 100 nicht lösbar, also dauerhaft untrennbar verbunden.
  • Ferner sind an dem Fahrradlenker 105 Eingabemittel 106 angeordnet, die der Fahrradfahrer zur Eingabe von Steuerbefehlen verwenden kann. Beispielsweise sind die Eingabemittel 106 als Betätigungstasten ausgebildet, wobei eine erste Betätigungstaste zum Wechsel zwischen einem Rekuperationsbetrieb und Antriebsmotorbetrieb der elektrischen Maschine 4 vorgesehen ist, wobei eine zweite Betätigungstaste zur Erhöhung der Rekuperation vorgesehen ist, wobei eine dritte Betätigungstaste zur Verringerung der Rekuperation vorgesehen ist. Insbesondere können weitere Betätigungstasten für weitere Funktionen vorgesehen sein. An dem Fahrradlenker 105 ist ferner auch eine optische Anzeigevorrichtung 15 mit einer integrierten Steuervorrichtung 12 angeordnet, wobei die Anzeigevorrichtung 15 dazu eingerichtet ist, zumindest antriebsspezifische Anzeigedaten des Fahrrads 100 für den Fahrradfahrer zu visualisieren, wobei die Steuervorrichtung 12 unter anderem dazu eingerichtet ist, einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4 in einem Schubbetrieb des Fahrrads 100 zu steuern. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 12 eine Eingabeschnittstelle für den Fahrradfahrer aufweisen, wobei über die Eingabeschnittstelle der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine 4 steuerbar ist. Die Eingabeschnittstelle ist vorzugsweise in der Anzeigevorrichtung 15 integriert.
  • 2 zeigt die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 vereinfacht als Blockschaltbild. Über die Pedale 107 generiert der Fahrradfahrer eine Antriebsleistung, die im Antriebsmotorbetrieb der elektrischen Maschine 4 durch Einspeisung von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 6 über einen Inverter 14 in die elektrische Maschine 4 verstärkt wird. Die von dem Fahrradfahrer über die Pedale 107 in den Antriebsstrang eingeleitete Antriebsleistung und die Antriebsleistung der elektrischen Maschine 4, werden zusammen über den Zugmitteltrieb 7 an eine Nabenschaltung, die im Antriebsrad integriert ist, weitergeleitet und zum Antrieb des Fahrrads verwendet.
  • Die Steuervorrichtung 12 ist mit der elektrischen Maschine 4 und dem Inverter 14 signalübertragend verbunden und zum Betrieb der elektrischen Maschine 4 und des Inverters 14 eingerichtet, insbesondere zur Entladung des elektrischen Energiespeichers 6 im Antriebsmotorbetrieb der elektrischen Maschine 4 und Aufladung des elektrischen Energiespeichers 6 im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 4. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung 12 dazu ausgebildet, einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4 in einem Schubbetrieb des Fahrrads in Abhängigkeit eines Nickwinkels des Fahrrads, einer Geschwindigkeit des Fahrrads und einer Kurbelwellendrehzahl zu steuern. Als Mittel zum Erfassen eines Nickwinkels des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten, ist ein Neigungssensor 17 vorgesehen. Der Neigungssensor 17 ist signalübertragend mit der Steuervorrichtung 12 verbunden und übermittelt Sensordaten bezüglich eines aktuellen Nickwinkels an die Steuervorrichtung 12. Insbesondere kann der Neigungssensor 17 auch einen Wankwinkel des Fahrrads erfassen, um eine Rekuperation bei Kurvenfahrten zu regeln und dadurch die Fahrsicherheit zu erhöhen. Ferner sind ein zweiter Sensor 18 als Mittel zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten sowie ein dritter Sensor 19 als Mittel zum Erfassen einer Kurbelwellendrehzahl und Generieren entsprechender Sensordaten vorgesehen, die ebenfalls signalübertragend mit der Steuervorrichtung 12 verbunden sind und Sensordaten bezüglich einer aktuellen Geschwindigkeit und einer aktuellen Kurbelwellendrehzahl an die Steuervorrichtung 12 übermitteln. Die Steuervorrichtung 12 überwacht und verarbeitet diese Sensordaten, um die Antriebsvorrichtung im Schubbetrieb des Fahrrads in Abhängigkeit dieser Sensordaten derart zu steuern, dass die Rekuperation dann erfolgt, wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet. Wenn diese drei Bedingungen erfüllt sind, entkoppelt die Steuervorrichtung 12 die Pedale 107, sodass im Schubbetrieb des Fahrrads nur das Antriebsrad des Fahrrads die elektrische Maschine 4 über den Zugmitteltrieb 7 antreibt.
  • Ferner ist die Steuervorrichtung 12 signalübertragend mit einem Bremsweggeber verbunden, um nach Maßgabe eines Bremshebelwegs einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4 zu steuern. Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung die Reibungsbremsen entlasten, indem die elektrische Maschine 4 zur Verzögerung des Fahrrads bei einer Bremsanforderung zumindest teilweise unterstützend mitwirkt.
  • 3 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine Kurbelwelle 2, die mit der Tretkurbel 3 drehfest verbunden und zur Einspeisung einer Antriebsleistung des Fahrradfahrers in den Antriebsstrang eingerichtet ist, die als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine 4, die mit dem elektrischen Energiespeicher 6 elektrisch verbunden ist sowie als Antriebsmotor zum unterstützenden Antrieb der Kurbelwelle 2 und als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie betreibbar ist, den Zugmitteltrieb 7, ein Schaltelement 11 und die in der optischen Anzeigevorrichtung 15 integrierte Steuervorrichtung 12. Ferner weist die Antriebsvorrichtung 1 das als Nabenschaltung ausgebildete Getriebe 13, das im Leistungsfluss zwischen der zweiten Welle 9 des Zugmitteltriebs 7 und dem Antriebsrad 101 des Fahrrads 100 angeordnet ist, den Neigungssensor 17, der als Mittel zum Erfassen des Nickwinkels des Fahrrads 100 eingerichtet ist, den zweiten Sensor 18, der als Mittel zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrrads und Generieren entsprechender Sensordaten eingerichtet ist, den dritten Sensor 19, der als Mittel zum Erfassen der Kurbelwellendrehzahl und Generieren entsprechender Sensordaten vorgesehen ist, und den Inverter 14, der im Energiefluss zwischen der elektrischen Maschine 4 und dem elektrischen Energiespeicher 6 angeordnet ist. Mithin ist die zweite Welle 9 über das Getriebe 13 mit dem Antriebsrad 101 des Fahrrads 100 antriebswirksam verbunden.
  • Die elektrische Maschine 4 weist eine Rotorwelle 5 auf, die drehfest mit einem Rotor und der ersten Welle 8 des Zugmitteltriebs 7 verbunden ist. Der Stator der elektrischen Maschine 4 ist gehäusefest angeordnet und über den Inverter 14 mit dem elektrischen Energiespeicher 6 elektrisch verbunden.
  • Das Schaltelement 11 ist signalübertragend mit der Steuervorrichtung 12 verbunden und zum Abkoppeln der Kurbelwelle 2 von der ersten Welle 8 eingerichtet, wobei das Schaltelement 11 im geschlossenen Zustand die Kurbelwelle 2, die erste Welle 8 und somit auch die Rotorwelle 5 drehfest miteinander verbindet, wobei das Schaltelement 11 im geöffneten Zustand die Kurbelwelle 2 von der ersten Welle 8 und somit auch von der Rotorwelle 5 abkoppelt. Die Steuervorrichtung 12 steuert das Schaltelement 11 und visualisiert über die Anzeigevorrichtung 15 den Betriebszustand der elektrischen Maschine 4 und den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6. Ferner ist die Steuervorrichtung 12 mit dem Neigungssensor 17, dem zweiten Sensor 18, der die Geschwindigkeit an einem Vorderrad 102 des Fahrrads erfasst, und dem dritten Sensor 19, der eine Rotation an der Kurbelwelle 2 erfasst, signalübertragend verbunden.
  • Die Sensordaten dieser Sensoren werden von der Steuervorrichtung 12 kontinuierlich überwacht und verarbeitet, wobei die Rekuperation im Schubbetrieb eingeleitet wird, wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads einen Schwellwert überschreitet. Sobald diese Bedingungen vorliegen, entkoppelt die Steuervorrichtung 12 die Kurbelwelle 2 und die erste Welle 8 mittels des Schaltelements 11, sodass nur das Antriebsrad 101 des Fahrrads 100 die elektrische Maschine 4 über den Zugmitteltrieb 7 antriebt. Sobald der Fahrradfahrer wieder pedaliert, wird eine Kurbelwellendrehzahl erfasst und das Schaltelement 11 geschlossen, sodass die Antriebsleistung des Fahrradfahrers in den Antriebsstrang eingeleitet wird und die elektrische Maschine 4 antriebsunterstützend als Antriebsmotor auf den Antriebsstrang einwirkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsvorrichtung
    2
    Kurbelwelle
    3
    Tretkurbel
    4
    elektrische Maschine
    5
    Rotorwelle
    6
    Energiespeicher
    7
    Zugmitteltrieb
    8
    erste Welle
    9
    zweite Welle
    10
    Zugmittel
    11
    Schaltelement
    12
    Steuervorrichtung
    13
    Getriebe
    14
    Inverter
    15
    Anzeigevorrichtung
    16
    Bremsweggeber
    17
    Neigungssensor
    18
    zweiter Sensor
    19
    dritter Sensor
    100
    Fahrrad
    101
    Antriebsrad
    102
    Vorderrad
    103
    Sattel
    104
    Rahmen
    105
    Fahrradlenker
    106
    Eingabemittel
    107
    Pedale

Claims (13)

  1. Antriebsvorrichtung (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrrads (100), umfassend • eine Kurbelwelle (2) mit einer Tretkurbel (3) zur Einspeisung einer Antriebsleistung eines Fahrradfahrers in den Antriebsstrang, • eine als Mittelmotor ausgebildete elektrische Maschine (4) mit einer Rotorwelle (5), wobei die elektrische Maschine (4) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden sowie als Antriebsmotor zum unterstützenden Antrieb der Kurbelwelle (2) und als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie betreibbar ist, • einen Zugmitteltrieb (7) mit einer ersten Welle (8), einer zweiten Welle (9) und einem diese Wellen (8, 9) in beiden Drehrichtungen antriebswirksam miteinander verbindenden Zugmittel (10), wobei die Kurbelwelle (2) mittels eines Schaltelements (11) mit der ersten Welle (8) verbindbar ist, wobei die Rotorwelle (5) mit der ersten Welle (8) antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Welle (9) dazu eingerichtet ist, mit einem Antriebsrad (101) des Fahrrads (100) antriebswirksam verbunden zu sein, • Mittel zum Erfassen eines Nickwinkels des Fahrrads (100) und Generieren entsprechender Sensordaten, • Mittel zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrrads (100) und Generieren entsprechender Sensordaten, • Mittel zum Erfassen einer Kurbelwellendrehzahl und Generieren entsprechender Sensordaten, und • eine Steuervorrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, diese Sensordaten zu verarbeiten und einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (4) in einem Schubbetrieb des Fahrrads (100) in Abhängigkeit dieser Sensordaten derart zu steuern, dass die Rekuperation dann erfolgt, wenn die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel des Fahrrads (100) einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads (100) einen Schwellwert überschreitet, wobei die Kurbelwelle (2) und die erste Welle (8) im Schubbetrieb des Fahrrads (100) mittels des Schaltelements (11) voneinander abgekoppelt sind, sodass nur das Antriebsrad (101) des Fahrrads (100) zum Antrieb der elektrischen Maschine (4) über den Zugmitteltrieb (7) vorgesehen ist.
  2. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein als Nabenschaltung ausgebildetes Getriebe (13), wobei das Getriebe (13) dazu eingerichtet ist, im Leistungsfluss zwischen der zweiten Welle (9) des Zugmitteltriebs (7) und dem Antriebsrad (101) des Fahrrads (100) angeordnet zu sein.
  3. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Neigungssensor (17) als Mittel zum Erfassen des Nickwinkels des Fahrrads (100) eingerichtet ist.
  4. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (11) zwei Zapfen aufweist, wobei zumindest einer der beiden Zapfen mechanisch verstellbar ist.
  5. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Inverter (14), der im Energiefluss zwischen der elektrischen Maschine (4) und dem elektrischen Energiespeicher (6) angeordnet ist.
  6. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine optische Anzeigevorrichtung (15), wobei die Steuervorrichtung (12) in die optische Anzeigevorrichtung (15) integriert ist.
  7. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Bremsweggeber (16), der mit der Steuervorrichtung (12) signalübertragend verbunden und dazu eingerichtet ist, einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (4) zu steuern.
  8. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend Mittel zum Erfassen eines Wankwinkels des Fahrrads (100) und Generieren entsprechender Sensordaten.
  9. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zugmitteltrieb (7) als Riementrieb ausgebildet ist, wobei das Zugmittel (10) als Riemen, der die beiden Wellen (8, 9) umspannt, ausgebildet ist.
  10. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (12) eine Eingabeschnittstelle für den Fahrradfahrer aufweist, wobei über die Eingabeschnittstelle der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine (4) steuerbar ist.
  11. Verfahren zur Steuerung einer Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuervorrichtung (12) die Sensordaten von den Mitteln zum Erfassen des Nickwinkels, den Mitteln zum Erfassen der Geschwindigkeit und den Mitteln zum Erfassen der Kurbelwellendrehzahl überwacht und die Rekuperation im Schubbetrieb des Fahrrads (100) mittels der als Mittelmotor ausgebildeten elektrischen Maschine (4) startet, sobald die Kurbelwellendrehzahl und der Nickwinkel des Fahrrads (100) einen jeweiligen Schwellwert unterschreiten sowie die Geschwindigkeit des Fahrrads (100) einen Schwellwert überschreitet, wobei während der Rekuperation mittels des Schaltelements (11) die Kurbelwelle (2) und die erste Welle (8) voneinander abgekoppelt werden, sodass nur das Antriebsrad (101) des Fahrrads (100) über den Zugmitteltrieb (7) die elektrische Maschine (4) antreibt.
  12. Steuervorrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 11 durchzuführen.
  13. Fahrrad (100), umfassend zumindest zwei Räder und eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Antriebsvorrichtung (1) mit dem als Antriebsrad (101) ausgebildeten Rad des Fahrrads (100) antriebswirksam verbunden ist.
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