DE102022212477A1

DE102022212477A1 - Bedieneinrichtung für einen Tretlagerantrieb eines Elektrofahrrades, Verfahren zur Ansteuerung des Tretlagerantriebs sowie Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE102022212477A1
Application number: DE102022212477.4A
Authority: DE
Inventors: Vitali Fribus; Ludger Rake; Alex Hessel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung (1) für einen Tretlagerantrieb (3) eines Elektrofahrrades (2), die dazu eingerichtet ist, im Bereich eines Lenkergriffs (5) an einem Lenker (4) des Elektrofahrrades (2) befestigt zu sein, die Bedieneinrichtung (1) umfassend ein Betätigungselement (7), das jeweils ausgehend von einer Neutralstellung (13) durch einen Finger, insbesondere des Daumens, eines Nutzers in eine erste Betätigungsrichtung (9) und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung (10) verstellbar ist, wobei das Betätigungselement (7) zumindest mittelbar mit einer elektromechanischen Bremseinheit (8) wirkverbunden ist, wobei die Bremseinheit (8) mit einer Steuerungseinheit (27) kommunizierend verbunden ist, und wobei die Steuerungseinheit (27) dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements (7) in der jeweiligen Betätigungsrichtung (9, 10) zumindest mittelbar zu erfassen sowie die Bremseinheit (8) derart zu steuern, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines Tretlagerantriebs (3) sowie ein Elektrofahrrad (2) mit einer solchen Bedieneinrichtung (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung für einen Tretlagerantrieb mit einem oder mehreren Betätigungselementen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung des Tretlagerantriebs sowie ein Elektrofahrrad.
Bei bekannten Elektrofahrrädern sind Bedienelemente zum Ansteuern eines Antriebs, insbesondere zum Schalten von Gangstufen, bekannt, die als Druckknöpfe, Hebel, Triggerschalter oder dergleichen ausgebildet sein können. Zudem sind Kettenschaltungen bekannt, die sowohl mechanisch, beispielsweise als Schaltzug, als auch elektrisch, insbesondere kabellos oder kabelgebunden, Schaltvorgänge ausführen. Weitere Fahrradgangwechselsysteme sind Nabenschaltungen oder Getriebe mit Schaltvorrichtungen. Als Schaltungsbetätigung kommen Schalthebel, insbesondere Triggerschalter, oder auch Drehschalter zum Einsatz. Die weiteste Verbreitung haben Kettenschaltungen mit Triggerschaltern, die durch einen Daumen des Fahrradfahrers betätigt werden. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Moduswechselschalter bekannt, womit per Daumendruck beispielsweise eine E-Motor-Unterstützung ausgewählt, ein Schiebemodus des Fahrrades oder das Fahrlicht aktiviert bzw. deaktiviert werden kann.
Aus der DE 10 2015 216 186 B4 geht beispielsweise eine Fernbedienungseinheit für die Anzeigeeinheit eines Elektrofahrrads bekannt. Die Fernbedienungseinheit ist im Bereich eines Lenkergriffes entfernt von der Anzeigeeinheit angeordnet und weist Unterstützungswahltasten für die Wahl der Unterstützungsstufe sowie zumindest ein Eingabegerät zur Menü-Navigation und Auswahl von auf der Anzeigeeinheit dargestellten Menüpunkten auf. Das Eingabegerät und die Unterstützungswahltasten sind in Bezug auf den Lenkergriff entlang einer konvex bogenförmigen gemeinsamen Linie angeordnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hinsichtlich ihrer Bedienbarkeit verbesserte Bedieneinrichtung für einen Tretlagerantrieb eines Elektrofahrrads vorzuschlagen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 11 und 12. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt wird eine Bedieneinrichtung für einen Tretlagerantrieb eines Elektrofahrrades vorgeschlagen, die dazu eingerichtet ist, im Bereich eines Lenkergriffs an einem Lenker des Elektrofahrrades befestigt zu sein, die Bedieneinrichtung umfassend ein Betätigungselement, das jeweils ausgehend von einer Neutralstellung durch einen Finger, insbesondere des Daumens, eines Nutzers in eine erste Betätigungsrichtung und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung verstellbar ist, wobei das Betätigungselement zumindest mittelbar mit einer elektromechanischen Bremseinheit wirkverbunden ist, die mit einer Steuerungseinheit kommunizierend verbunden ist, und wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung zumindest mittelbar zu erfassen sowie die Bremseinheit derart zu steuern, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Die Bedieneinrichtung ist derart am Lenker des Elektrofahrrades befestigt, dass der Fahrer des Elektrofahrrades das Betätigungselement durch wenigstens einen seiner Finger, insbesondere seinem Daumen, betätigen kann, wobei zu jeder Zeit sichergestellt ist, dass er mit beiden Händen den Lenkergriff festhalten kann. Der Vorteil der Bedieneinrichtung besteht im Wesentlichen darin, dass durch simple Kombination von Tastenbelegung und Zuordnung von Funktionsstellungen zu Betätigungsstellungen des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung während der Fahrt eine Einstellung von den Antrieb des Elektrofahrrades betreffenden Funktionen möglich ist. Dadurch ist die Fahrsicherheit des Elektrofahrrades wesentlich gesteigert, wobei durch die geringe Anzahl an Tasten und die einfache Ausgestaltung des Betätigungselements eine intuitive Bedienung der Bedieneinrichtung möglich ist. Das Betätigungselement ist mithin übersichtlich und klar gestaltet.
Das Betätigungselement ist ein Hebel oder ein Schalter, insbesondere ein sogenannter Triggerschalter, der durch manuelle Betätigung des Fahrradfahrers bzw. des Nutzers und in Abhängigkeit von der Betätigungskraft von der Neutralstellung in zwei Betätigungsrichtungen, nämlich entweder in die erste Betätigungsrichtung oder in eine zweite Betätigungsrichtung, betätigt werden kann. Die manuell betätigbaren Tasten oder Hebel des Betätigungselements sind vorteilafterweise in Schwerkraftrichtung übereinander am Lenker des Elektrofahrrades angeordnet, so dass das Betätigungselement mit dem Daumen des Fahrradfahrers betätigbar ist. Vorzugsweise ist das Betätigungselement in Form einer Schaltwippe ausgebildet, wobei ein erster Schenkel der Schaltwippe in die erste Betätigungsrichtung betätigbar ist, und wobei ein mit dem ersten Schenkel einteilig verbundener zweiter Schenkel der Schaltwippe in die zweite Betätigungsrichtung betätigbar ist. Das Betätigungselement ist alternativ als Schalthebel ausgebildet. Der Schalthebel kann aus zwei Hebeln, Tasten oder Schaltern bestehen, die in die jeweilige Betätigungsrichtung betätigbar sind. Das Betätigungselement ist vom Nutzer des Elektrofahrrades während der Fahrt haptisch erkennbar.
Eine Betätigung des Betätigungselements erfolgt, wenn der Nutzer des Elektrofahrrades mit einem seiner Finger Druck auf das Betätigungselement ausübt, und zwar derart, dass das Betätigungselement in die erste bzw. die zweite Betätigungsrichtung ausweicht.
Nach seiner Betätigung kann das Betätigungselement wieder in dessen Ausgangsstellung bzw. in die Neutralstellung zurückgestellt werden. In diesem Sinn weist die Bedieneinrichtung eine Rückstellfeder auf, die dazu eingerichtet ist, das Betätigungselements nach einem Loslassen in die Neutralstellung zurückzustellen. Auch andere Rückstellmechanismen sind denkbar, mit denen das Betätigungselement in die Neutralstellung zurückgestellt werden kann. Die Rückstellfeder ist insbesondere dazu eingerichtet, das Betätigungselement im unbetätigten Zustand in der Neutralstellung zu halten.
Der Nutzer bzw. Anwender kann das Betätigungselement ausgehend von dessen Neutral- bzw. Ausgangsstellung in jede der beiden Betätigungsrichtungen in eine gewünschte Betätigungsstellung bringen, die von der Steuerungseinheit zumindest mittelbar erfassbar ist. Dazu ist die Steuerungseinheit mit Mitteln zur Erfassung der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung verbunden. Diese Mittel können eine Sensorik sein oder umfassen. Beispielsweise sind die Mittel zur Erfassung der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung ein Rollsensor und/oder ein Drehwinkelsensor. Insbesondere sind Diametral-Magneten geeignet, um eine aktuelle Betätigungsstellung zu erfassen bzw. eine Position des Betätigungselements zu erkennen.
Die elektromechanische Bremseinheit ist dazu eingerichtet, ein Bremsmoment in Abhängigkeit der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements zu erzeugen. Vorzugsweise ist die elektromechanische Bremseinheit dazu eingerichtet, die aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements zu erfassen. Demnach können die Mittel zur Erfassung der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung in der elektromechanischen Bremseinheit integriert sein. Beispielsweise kann über einen Drehwinkel eines Eingangselements der Bremseinheit die aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung abgeleitet werden.
Die Steuerungseinheit der Bedieneinrichtung kann direkt mit einem Antriebsmotor und/oder eine Getriebe des Tretlagerantriebs kommunizieren. Alternativ kann die Steuerungseinheit der Bedieneinrichtung mit einer separaten Steuerungseinheit des Tretlagerantriebs kommunizieren, um die über das Betätigungselement manuell eingebrachten Eingabebefehle wirksam umzusetzen. Auf die Steuerungseinheit der Bedieneinrichtung kann verzichtet werden, wenn die Steuerungseinheit des Tretlagerantriebs die Steuerung der elektromechanischen Bremseinheit übernehmen kann.
Für jede Betätigungsstellung in der jeweiligen Betätigungsrichtung des Betätigungselements ist auf der Steuerungseinheit ein jeweiliges haptisches Rückkopplungsverhalten der elektromechanischen Bremseinheit hinterlegt. Mit anderen Worten sind auf der Steuerungseinheit bestimmte Bremsmomente zu einzelnen Betätigungsstellungen des Betätigungselements und/oder ein Bremsmomentverlauf über den Stellweg des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung hinterlegt. In Abhängigkeit der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung wird ein Befehlssignal an die elektromechanische Bremseinheit gesendet, so dass die Bremseinheit ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt, das als haptische Rückmeldung vom Nutzer wahrnehmbar ist. Eine haptische Rückmeldung ist beispielsweise ein spürbarer Impuls oder Widerstand, den der Nutzer in einer bestimmten Betätigungsstellung des Betätigungselements spürt.
In diesem Sinn können Betätigungsstellungen des Betätigungselements mit einem entsprechenden Bremsmoment vordefiniert werden, die mit bestimmten Funktionen des Elektrofahrrades verknüpft sind. Diese Betätigungsstellungen des Betätigungselements sind als Funktionsstellungen zu verstehen, die, wenn der Nutzer das Betätigungselement entsprechend betätigt, die Steuerungseinheit dazu veranlassen, Einfluss auf das Fahrverhalten und/oder das Fahrgefühl des Elektrofahrrades zu nehmen. Demnach ist die Steuerungseinheit auch dazu eingerichtet, anhand der aktuellen Betätigungsstellung des Betätigungselements Befehlssignale zu generieren und an die entsprechende Einrichtung des Elektrofahrrades, insbesondere an den Tretlagerantrieb, zu senden, so dass der Befehl ausgeführt oder eingeleitet wird.
Mit der hier vorgeschlagenen Bedieneinrichtung können in einfacher Weise beispielsweise Einfach- oder Mehrfachschaltungen als Hoch- oder Rückschaltung ohne Einschränkungen und mit nur einem einzigen Betätigungselement ausgeführt werden. Die Schaltvorgänge können sequenziell, also der Reihe nach, erfolgen. Demnach können mehrere Gänge bzw. Gangstufen innerhalb eines kurzen Zeitraums schnell hintereinander gewechselt werden. Denkbar ist ferner, dass bei Mehrfachschaltungen ein oder mehrere Gangstufen übersprungen werden. Dies ist abhängig von der Ausbildung einer Schaltvorrichtung des Tretlagerantriebs bzw. eines im Tretlagerantrieb integrierten Getriebes.
Vorzugsweise ist die elektromechanische Bremseinheit eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung. Insbesondere ist die Bremseinheit ein sogenannter MR-Kernel. Ein derartiger Kernel kann grundsätzlich in einen ortsfesten Stator und einen drehbar dazu gelagerten Rotor unterteilen. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein minimaler Luftspalt, bevorzugt von unter 0,2 mm, vorgesehen, in dem ein magnetorheologisches Medium (MR-Medium) angeordnet ist. Das magnetorheologische Medium kann ein Pulver oder ein Fluid sein. Die magnetorheologische Übertragungsvorrichtung umfasst ferner eine Magnetspule. Durch entsprechende Ansteuerung der Magnetspule mittels der Steuerungseinheit wird ein Magnetfeld erzeugt, das durch bestimmte Positionen im Stator konzentriert wird und das durch den mit dem MR-Medium enthaltenen Luftspalt und in den Rotor gelenkt wirkt. An diesen Positionen wird in Abhängigkeit des Magnetfelds die Viskosität der MR-Mediums beeinflusst, wodurch ein Reibung- bzw. Bremsmoment zwischen dem Stator und dem Rotor eingestellt wird. Dieses Reibung- bzw. Bremsmoment ist als haptische Rückkopplung bzw. Rückmeldung durch den Nutzer wahrnehmbar.
Bevorzugt ist das Betätigungselement über eine Übersetzungsstufe mit der elektromechanischen Bremseinheit wirkverbunden. Durch die Übersetzungsstufe kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Betätigungselement und der Bremseinheit eingestellt werden. Zudem kann durch die Übersetzungsstufe eine kompaktere Bauweise realisiert werden, indem durch die Übersetzungsstufe eine Kraftumlenkung erfolgt.
Nach einem Ausführungsbeispiel weist die Übersetzungsstufe einen Zahnkranz mit einer ersten Verzahnung und ein damit drehfest verbundenes Kronenrad mit einer zweiten Verzahnung auf, wobei die erste Verzahnung des Zahnkranzes mit einer an dem Betätigungselement angeordneten dritten Verzahnung in Zahneingriff steht, und wobei die zweite Verzahnung des Kronenrades mit einer vierten Verzahnung an einem Ritzel der elektromechanischen Bremseinheit in Zahneingriff steht. Der Zahnkranz ist mit dem Betätigungselement wirkverbunden, während das Kronenrad mit der elektromechanischen Bremseinheit wirkverbunden ist. Der Zahnkranz ist beispielsweise ein Stirnrad, wobei die erste Verzahnung eine Außenverzahnung ist. Die zweite Verzahnung des Kronenrades ist eine stirnseitig am Kronenrad ausgebildete Kronenverzahnung. Die dritte Verzahnung ist beispielsweise an einem wenigstens teilkreisförmigen Verzahnungsabschnitt angeordnet und in Form einer Außenverzahnung ausgebildet sein, die mit der Außenverzahnung der Übersetzungsstufe bzw. des Zahnkranzes in Zahneingriff steht. Der wenigstens teilkreisförmige Verzahnungsabschnitt kann einteilig mit dem Betätigungselement verbunden sein. Alternativ ist der wenigstens teilkreisförmige Verzahnungsabschnitt am Betätigungselement befestigt, oder umgekehrt.
Eine Rotationsachse des Kronenrades ist vorzugsweise achsparallel beabstandet zu einer Drehachse des Betätigungselements angeordnet, um die das Betätigungselement bei dessen Betätigung rotiert. Die Rotationsachse des Ritzels, das mit dem Kronenrad kämmt, kann schräg zur Rotationsachse des Kronenrades, vorzugsweise senkrecht dazu, angeordnet sein.
Wie bereits erläutert, können bestimmte Betätigungsstellungen des Betätigungselements Funktionsstellungen sein, womit eine bestimmte Funktion ausgeführt oder eingeleitet wird. Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement ausgehend von der Neutralstellung in zumindest eine der beiden Betätigungsrichtungen in mindestens eine erste Funktionsstellung bringbar, wobei zum Erreichen der zumindest ersten Funktionsstellung eine erste Betätigungskraft erforderlich ist und wobei die elektromechanische Bremseinheit derart steuerbar ist, dass nach Erreichen einer der ersten Funktionsstellung entsprechenden Betätigungsstellung ein Bremsmoment mittels der Bremseinheit zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Mithin wird durch die Bremseinheit eine passive Haptik realisiert. Die passive Haptik ist beispielsweise mit einem Kraft-Weg-Diagramm grafisch darstellbar.
Von der Neutralstellung zur ersten Funktionsstellung gelangt der Nutzer, indem er das Betätigungselement mit der ersten Betätigungskraft betätigt, die kleiner ist als eine Kraft, die nötig sein kann, um einen eventuellen Druckpunkt zu überwinden bzw. zu überqueren. Die erste Funktionsstellung kann alternativ ein Endanschlag sein, der als durch die Steuerungseinheit gesteuertes und durch die elektromechanische Bremseinheit erzeugtes erstes Bremsmoment dargestellt wird, wobei das erste Bremsmoment derart hoch ist, dass der Nutzer die erste Funktionsstellung nicht überqueren kann. Der Endanschlag kann variabel eingestellt werden. Insbesondere kann der Betätigungsweg bis zur ersten Funktionsstellung beliebig eingestellt werden.
Für jede Betätigungsstellung des Betätigungselements von der Neutralstellung bis zur jeweiligen Funktionsstellung kann eine jeweilige haptische Rückkopplung bzw. Rückmeldung als Bremsmoment erzeugt werden. Beispielsweise kann bei Betätigung des Betätigungselements von der Neutralstellung in die erste Funktionsstellung der jeweiligen Betätigungsrichtung ein spürbarer Widerstand kontinuierlich gesteigert werden, bis die erste Funktionsstellung erreicht ist.
Die erste Funktionsstellung kann nur für die erste Betätigungsrichtung, nur für die zweite Betätigungsrichtung oder für beide Betätigungsrichtungen des Betätigungselements vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung ist das Betätigungselement ausgehend von der Neutralstellung in zumindest eine der beiden Betätigungsrichtungen ferner in mindestens eine zweite Funktionsstellung bringbar ist, wobei zum Erreichen der mindestens zweiten Funktionsstellung eine im Vergleich zur ersten Betätigungskraft erhöhte zweite Betätigungskraft erforderlich ist, wobei die elektromechanische Bremseinheit derart steuerbar ist, dass zum Erreichen der mindestens zweiten Funktionsstellung ein spürbarer Druckpunkt zu überwinden ist, und dass nach Erreichen einer der zweiten Funktionsstellung entsprechenden Betätigungsstellung ein Bremsmoment mittels der elektromechanischen Bremseinheit zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Der Nutzer gelangt von der Neutralstellung und/oder der ersten Funktionsstellung zur zweiten Funktionsstellung, indem er eine solche zweite Betätigungskraft aufbringt, die nötig ist, um den Druckpunkt zu überwinden. Der jeweilige Druckpunkt ist eine haptische Rückmeldung in Form eines vom Nutzer wahrnehmbaren, veränderten Widerstandes während der Betätigung des Betätigungselements in die erste bzw. zweite Betätigungsrichtung.
Bei Erreichen einer dem Druckpunkt entsprechenden Betätigungsstellung wird durch die Bremseinheit ein spürbares zweites Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt. Das zweite Bremsmoment entspricht dem spürbaren Druckpunkt. Wird das Betätigungselement mit maximal der ersten Betätigungskraft betätigt, wird der Druckpunkt nicht überwunden. Das Bremsmoment ist derart steuerbar, dass der Druckpunkt als haptische Rückkopplung wahrnehmbar ist. Wird das Betätigungselement mit einer größeren zweiten Betätigungskraft betätigt, ist die zweite Funktionsstellung der jeweiligen Betätigungsrichtung erreichbar. Nach Erreichen der jeweiligen zweiten Funktionsstellung entsprechenden Betätigungsstellung wird durch die Bremseinheit ein drittes Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt. Durch Aufbringen der zweiten Betätigungskraft wird der für den Nutzer spürbare Druckpunkt überwunden.
Sofern eine dritte Funktionsstellung vorgesehen ist, wird zum Erreichen der dritten Funktionsstellung eine solche dritte Betätigungskraft benötigt, dass ein zweiter Druckpunkt, welcher die zweite und dritte Funktionsstellung fühlbar voneinander trennt, überwunden wird. Je mehr Funktionsstellungen hintereinander angeordnet sind, desto größer ist die erforderliche Betätigungskraft zum Erreichen der jeweiligen Funktionsstellung. Durch die haptische Rückkopplung ist für den Nutzer direkt fühlbar, in welcher Funktionsstellung er sich befindet. Denkbar ist, dass die Druckpunkte bei drei oder mehr Funktionsstellungen jeweils mit einer gleichen zweiten Betätigungskraft zu überwinden sind. Damit kann vergleichsweise einfach bzw. mit vergleichsweise geringer Betätigungskraft das Erreichen einer höheren Funktionsstellung erfolgen.
Die zweite Funktionsstellung kann nur für die erste Betätigungsrichtung, nur für die zweite Betätigungsrichtung oder für beide Betätigungsrichtungen des Betätigungselements vorgesehen sein.
Die Federkraft der genannten Rückstellfeder ist in diesem Fall vorzugsweise so ausgelegt, dass sie größer ist als ein eventueller Druckpunkt, der zuvor durch manuelle Betätigung des Betätigungselements überwunden wurde und nun zu überwinden ist, um das Betätigungselement zurück in die Neutralstellung zu bringen.
Alternativ ist denkbar, dass zum Erreichen der jeweiligen Funktionsstellung ein entsprechender Stellweg erforderlich ist. So kann das Betätigungselement der Bedieneinrichtung an Stelle einer kraftabhängigen Steuerung der Bremseinheit auch eine wegabhängige Steuerung der Bremseinheit auslösen. Wenn im Rahmen dieser Erfindung von unterschiedlichen Betätigungskräften die Rede ist, können ersatzweise auch verschiedenen Hebelwege zur Ansteuerung des Tretlagerantriebs mittels der Bedieneinrichtung eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist die Bedieneinrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung des Betätigungselements einen Tretlagerantrieb so anzusteuern, dass ein stufenweises Hochschalten des Tretlagerantriebs um jeweils eine oder mehrere Gangstufen durch ein Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in zumindest eine erste Funktionsstellung der ersten Betätigungsrichtung erfolgt, und dass ein stufenweises Runterschalten des Tretlagerantriebs um jeweils eine oder mehrere Gangstufen durch ein Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in zumindest eine erste Funktionsstellung der zweiten Betätigungsrichtung erfolgt. Damit wir ein sogenanntes Shift-by-Wire-System realisiert, mit dem je nach Konfiguration der Funktionsstellungen Einfach- oder Mehrfach-Schaltungen vorgenommen werden können.
Das Betätigungselement ist in diesem Fall als Gangwechselschalter zu verstehen, der in zwei Betätigungsrichtungen mit zumindest einer Funktionsstellung betätigbar ist. Das stufenweise Hoch- bzw. Runterschalten kann durch kurzes Antippen des Betätigungselements in die jeweilige Betätigungsrichtung aus der Neutralstellung in die entsprechende Funktionsstellung erreicht werden, wobei jedes Antippen einen Schaltvorgang zwischen zwei Gangstufen auslöst. Unter einem stufenweisen Hoch- bzw. Runterschalten ist zu verstehen, dass die Gangstufen der Reihe nach hoch- bzw. runtergeschaltet werden. Demnach bewirkt ein mehrmaliges Antippen in die jeweilige Betätigungsrichtung aus der Neutralstellung in die entsprechende Funktionsstellung ein sequenzielles Hoch- bzw. Runterschalten. In jeder Gangstufe wird eine Antriebsleistung von einem Antrieb, sei es von einer elektrischen Maschine (elektrischer Antrieb) und/oder von einem Pedalantrieb (muskelbetriebener Antrieb), mit einer bestimmten Übersetzung auf den Abtrieb, also das entsprechende Rad des Elektrofahrrades übertragen. Nach jedem Antippen des Betätigungselements kann das Betätigungselement losgelassen werden und durch den Rückstellmechanismus aus der jeweiligen Funktionsstellung in die Neutralstellung zurückgeführt werden.
Alternativ kann eine jeweilige Funktionsstellung derart konfiguriert sein, dass nach Erreichen der entsprechenden Funktionsstellung ein stufenweises Hoch- bzw. Runterschalten des Tretlagerantriebs um zwei oder mehrere Gangstufen erfolgt. Durch wiederholtes Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in die entsprechende Funktionsstellung mit jeweils unmittelbar nachfolgendem Loslassen des Betätigungselements können so immer wieder mehrere Mehrfachschaltvorgänge ausgeführt werden, um schnell hoch- bzw. runterzuschalten.
Ferner alternativ kann eine jeweilige Funktionsstellung derart konfiguriert sein, dass ein stufenweises Hoch- bzw. Runterschalten des Tretlagerantriebs um zwei oder mehrere Gangstufen ausgeführt wird, wenn das Betätigungselement nach Erreichen der entsprechenden Funktionsstellung in dieser Betätigungsstellung für eine vorab definierte Dauer gehalten wird.
Unter dem Halten des Betätigungselements in einer bestimmten Funktionsstellung ist ein langes Drücken bzw. Betätigen des Betätigungselements zu verstehen, das eine bestimmte Schaltfunktion ausführt. Jedenfalls dauert das Halten der jeweiligen Funktionsstellung länger an als das zuvor beschriebene Antippen des Betätigungselements. Ein langes Drücken kann zum Beispiel eine Betätigungsdauer von größer als 500 ms, vorzugsweise größer als 1000 ms, sein. Die Haltedauer, die die jeweilige Funktion ausführt, ist frei wähl- und einstellbar. Mithin kann die Dauer, die die Steuerungseinheit als „Halten“ erfasst, beliebig konfiguriert und eingestellt werden.
Beispielsweise kann durch Halten des Betätigungselements in einer ersten Funktionsstellung und für eine bestimmte Dauer eine Einzelschaltung zwischen zwei Gangstufen ausgeführt werden. Je länger das Betätigungselement in der ersten Funktionsstellung gehalten wird, desto öfter wird eine Einzelschaltung ausgeführt. So kann insbesondere bei einem Gedrückthalten des Betätigungselements in der ersten Funktionsstellung der ersten Betätigungsrichtung ein Hochschalten von einer ersten Gangstufe nacheinander in eine zweite, dritte, vierte Gangstufe, und so weiter, erfolgen. Umgekehrt kann beim Gedrückthalten des Betätigungselements in der ersten Funktionsstellung der zweiten Betätigungsrichtung ein Runterschalten von zum Beispiel einer fünften Gangstufe nacheinander in eine vierte, dritte, zweite Gangstufe, und so weiter, erfolgen.
Beispielsweise kann durch Halten des Betätigungselements in einer zweiten Funktionsstellung und für eine bestimmte Dauer eine Mehrfachschaltung von zwei oder mehr Gangstufen in einem Schritt ausgeführt werden. Je länger das Betätigungselement in der zweiten Funktionsstellung gehalten wird, desto öfter wird eine Mehrfachschaltung ausgeführt. So kann insbesondere bei einem Gedrückthalten des Betätigungselements in der zweiten Funktionsstellung der ersten Betätigungsrichtung ein Hochschalten von einer ersten Gangstufe direkt in eine dritte, vierte oder höhere Gangstufe, und so weiter, erfolgen. Umgekehrt kann beim Gedrückthalten des Betätigungselements in der zweiten Funktionsstellung der zweiten Betätigungsrichtung ein Runterschalten von zum Beispiel einer fünften Gangstufe direkt in eine dritte, zweite oder erste Gangstufe erfolgen. Mit dem in dieser Erfindung vorgestellten Konzept ist es möglich, mehrere Gänge bzw. Schaltstufen mit einem einzigen Betätigungsvorgang durchzuführen.
Die zuvor erwähnten Endanschläge können durch haptische Rückkopplung auch so realisiert werden, dass z. B. ein Überschalten der höchsten oder niedrigsten Gangstufe dem Nutzer haptisch kenntlich gemacht wird. Entsprechend kann die Steuerungseinheit Informationen über eine aktuelle Gangstufe erhalten oder abrufen, so dass bei entsprechender Betätigung des Betätigungselement, die zu einem ungewollten Überschalten führen würde, ein entsprechendes Bremsmoment erzeugbar ist, um das Überschalten und Schäden am Elektrofahrrad zu verhindern.
Eine alternative Ausgestaltungsvariante der Bedieneinrichtung sieht vor, dass die Bedieneinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung des Betätigungselements einen Tretlagerantrieb so anzusteuern, dass eine einen Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in zumindest eine erste Funktionsstellung der ersten Betätigungsrichtung einstellbar oder aktivierbar ist, und dass die den Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in zumindest eine erste Funktionsstellung der zweiten Betätigungsrichtung einstellbar oder deaktivierbar ist.
Das Betätigungselement ist in diesem Fall als Moduswechselschalter zu verstehen, der in zwei Betätigungsrichtungen mit jeweils zumindest eine Funktionsstellung betätigbar ist. Das Einstellen, Aktivieren oder Deaktivieren des jeweiligen Betriebsmodus des Elektrofahrrades kann durch kurzes Antippen des Betätigungselements in die jeweilige Betätigungsrichtung aus der Neutralstellung in die entsprechende Funktionsstellung erfolgen, wobei jedes Antippen einen entsprechenden Eingabebefehl an eine Steuereinheit oder dergleichen sendet, die Einfluss auf die Betriebsmodi des Elektrofahrrades nehmen kann bzw. die den Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktion ausführt.
Die jeweilige den Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktion ist vorzugsweise eine Einstellung oder Auswahl einer definierten Antriebsunterstützung durch eine mit dem Tretlagerantrieb antriebswirksam verbundene elektrische Maschine, die Einstellung oder Auswahl einer Rekuperationsstufe des Tretlagerantriebs, die Auswahl einer Schaltcharakterisitik im Tretlagerantrieb, die Aktivierung bzw. Deaktivierung einer Schiebehilfe des Elektrofahrrades und/oder die Aktivierung bzw. Deaktivierung eines Frontscheinwerfers und/oder einer Rückleuchte des Elektrofahrrades umfasst. Mit anderen Worten kann durch Betätigung des Betätigungselements in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung sowie in Abhängigkeit der Funktionsstellung in der jeweiligen Betätigungsrichtung beispielsweise Einfluss auf die Art und/oder Intensität der Unterstützung des Antriebs und/oder die Art und/oder Intensität der Rekuperation genommen werden. Des Weiteren kann in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung sowie in Abhängigkeit der Funktionsstellung in der jeweiligen Betätigungsrichtung mittels des zweiten Betätigungselements die Art der Schaltvorgänge eingestellt werden. Insbesondere kann die Schaltcharakteristik zumindest in sportliches und komfortables Schalten unterteilt werden. Bei einer sportlichen Schaltcharakteristik wird der Schaltvorgang unmittelbar anschließend an die Betätigung des ersten Betätigungselements ausgeführt. Bei einer komfortablen Schaltcharakteristik wird der Schaltvorgang unmittelbar anschließend an die Betätigung des ersten Betätigungselements eingeleitet, aber erst dann ausgeführt, wenn der Motoreingrifferfolgt. Bei einer besonders komfortablen Schaltcharakteristik wird der Schaltvorgang zwar unmittelbar anschließend an die Betätigung des ersten Betätigungselements eingeleitet, aber erst dann ausgeführt, wenn sich die Tretkurbel des Pedalantrieb im Totpunkt befindet.
Ferner kann ein Automatikmodus des Tretlagerantriebs, bei dem insbesondere Schaltvorgänge automatisch bzw. in Abhängigkeit bestimmter Fahr- oder Betriebszustände ausgeführt werden, aktiviert oder deaktiviert werden. Ferner kann in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung sowie in Abhängigkeit der Funktionsstellung in der jeweiligen Betätigungsrichtung mittels des zweiten Betätigungselements ein Frontscheinwerfer und/oder eine Rückleuchte des Elektrofahrrades aktiviert, also eingeschaltet, oder deaktiviert, also abgeschaltet, werden. Außerdem kann in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung sowie in Abhängigkeit der Funktionsstellung in der jeweiligen Betätigungsrichtung mittels des zweiten Betätigungselements eine Schiebehilfe aktiviert, also eingeschaltet, oder deaktiviert, also abgeschaltet, werden. Die Schiebehilfe kann auch als Anfahrhilfe eingesetzt werden. Nach jedem Antippen des zweiten Betätigungselements wird das zweite Betätigungselement losgelassen und kehrt aus der jeweiligen Funktionsstellung in die Neutralstellung zurück.
Vorzugsweise ist der Tretlagerantrieb in Abhängigkeit einer Betätigung des Betätigungselements derart ansteuerbar bzw. wird derart angesteuert, dass eine weitere einen Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des zweiten Betätigungselements aus der Neutralstellung in die jeweilige Funktionsstellung der ersten Betätigungsrichtung und Halten des Betätigungselements in der entsprechenden Funktionsstellung für eine definierte Dauer einstellbar oder aktivierbar ist, und dass die weitere den Betriebsmodus oder die Nutzungsweise des Elektrofahrrades betreffende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements aus der Neutralstellung in die jeweilige Funktionsstellung der zweiten Betätigungsrichtung und Halten des Betätigungselements in der entsprechenden Funktionsstellung für eine definierte Dauer einstellbar oder deaktivierbar ist. Je mehr Funktionsstellungen vorgesehen und mittels des Betätigungselements betätigbar sind, desto mehr unterschiedliche den Betriebsmodus des Elektrofahrrades beeinflussende Funktionen können ausgeführt bzw. eingeleitet werden. Bezüglichen des Haltens des Betätigungselements in einer bestimmten Funktionsstellung sei auf die vorherigen Ausführungen verwiesen.
Die Bedieneinrichtung kann derart ausgeführt sein, dass sie nur ein als Gangwechselschalter ausgeführtes Betätigungselement aufweist. Alternativ kann die Bedieneinrichtung derart ausgeführt sein, dass sie nur ein als Moduswechselschalter ausgeführtes Betätigungselement aufweist. Ferner alternativ kann die Bedieneinrichtung so ausgeführt sein, dass mit einem Betätigungselement durch Vorsehen mehrerer Funktionsstellungen sowohl Gangschaltungen als auch Moduswechsel vorgenommen werden könne. Außerdem ist denkbar, dass die Bedieneinrichtung zwei oder mehrere Betätigungselemente aufweist, wobei ein erstes Betätigungselement ein als Gangwechselschalter ausgeführtes Betätigungselement ist und wobei ein zweites Betätigungselement ein als Moduswechselschalter ausgeführtes Betätigungselement ist.
Sofern zwei Betätigungselemente vorgesehen sind, können diese derart am Lenker angeordnet sein, dass das erste Betätigungselement am in Vorwärtsfahrtrichtung linken Lenkergriff angeordnet und durch einen Finger, vorzugsweise dem Daumen, der linken Hand des Fahrradfahrers betätigbar ist, während das zweite Betätigungselement am in Vorwärtsfahrtrichtung rechten Lenkergriff angeordnet und durch einen Finger, insbesondere dem Daumen, der rechten Hand des Fahrradfahrers betätigbar ist, oder umgekehrt. Denkbar ist ferner, dass die beiden Betätigungselemente gemeinsam am linken oder rechten Lenkergriff des Lenkers des Elektrofahrrades angeordnet und entsprechend durch einen einzigen Finger, vorzugsweise dem Daumen, der jeweiligen Hand des Fahrradfahrers betätigbar sind. Die Betätigungselemente können entsprechend quer zur Fahrradlängsrichtung nebeneinander angeordnet sein.
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Tretlagerantriebs eines Elektrofahrrades mit einer Bedieneinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt vorgeschlagen, wobei die Bedieneinrichtung ein Betätigungselement umfasst, das jeweils ausgehend von einer Neutralstellung durch einen Finger, insbesondere des Daumens, eines Nutzers in eine erste Betätigungsrichtung und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung verstellbar ist, wobei das Betätigungselement zumindest mittelbar mit einer elektromechanischen Bremseinheit wirkverbunden ist, wobei die Bremseinheit mit einer Steuerungseinheit kommunizierend verbunden ist, wobei mittels der Steuerungseinheit eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung zumindest mittelbar erfasst wird und die Bremseinheit derart gesteuert wird, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Hinsichtlich des Verfahrens wird auf die Ausführungen und Beispiele in den vorherigen Beschreibungsabschnitten zum ersten Erfindungsaspekt verwiesen.
Nach einem dritten Erfindungsaspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad einen Lenker mit zwei Lenkergriffen, zumindest ein Vorderrad sowie zumindest ein Hinterrad, wobei das Vorderrad und/oder das Hinterrad zumindest mittelbar mit einem Tretlagerantrieb antriebswirksam verbunden ist, wobei an einem der Lenkergriffe eine zumindest mittelbar mit dem Tretlagerantrieb elektronisch verbundene Bedieneinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung angeordnet ist. Das Vorderrad und/oder das Hinterrad kann bzw. können beispielsweise über eine Kette oder einen Riemen mit einem antreibenden Bauteil am Abtrieb des Tretlagerantriebs wirkverbunden sein. Das Elektrofahrrad kann ein rein elektromotorisch angetriebenes Fahrrad, also ein E-Bike, oder ein teilweise mit Muskelkraft und teilweise elektromotorisch angetriebenes Fahrrad, also ein Pedelec, sein.
Der Lenker umfasst den Lenkerrahmen sowie die Lenkergriffe, wobei der Lenkerrahmen verschwenkbar am übrigen Rahmen des Elektrofahrrades angeordnet ist, und wobei die Lenkergriffe so eingerichtet sind, dass sich der Fahrer des Elektrofahrrades daran festhalten sowie abstützen kann. Die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung mit dem Betätigungselement ist derart am Lenker angeordnet, dass der Fahrer zur Betätigung des Betätigungselements nicht die Hand vom Lenkergriff entfernen muss.
Unter einem Tretlagerantrieb des Elektrofahrrads kann entweder ein rein elektromotorischer Antrieb (E-Bike) oder ein mit Muskelkraft hybridbetriebener Antrieb (Pedelec) verstanden werden. Mithin kann der Tretlagerantrieb sowohl für E-Bikes als auch für Pedelecs eingesetzt werden.
Das Tretlagerantrieb umfasst bevorzugt einen Antriebsmotor, insbesondere in Form einer elektrischen Maschine, sowie ein Getriebe. Ein als elektrische Maschine ausgebildeter Antriebsmotor weist einen gehäusefesten Stator und einen drehbar dazu angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist mit dem Getriebe antriebswirksam verbunden. Das Getriebe ist dazu eingerichtet, mit einem ersten Getriebeelement zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle des Elektrofahrrades und mit einem zweiten Getriebeelement zumindest mittelbar mit einem Ketten- oder Riemenritzel des Elektrofahrrades wirkverbunden zu sein. Das Getriebe kann ein Planetengetriebe mit wenigstens einem Planetenradsatz sein, wobei der jeweilige Planetenradsatz die Radsatzelemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger aufweist. Je eines dieser Radsatzelemente ist als Getriebeelement im Sinn dieser Erfindung zu verstehen. Das Getriebe umfasst ferner Schaltelemente zur Realisierung unterschiedlicher Gangstufen. Der Tretlagerantrieb kann ferner eine Steuer- und Regelungseinheit umfassen, die die über das Betätigungselement der Betätigungseinrichtung erzeugten Eingangsbefehle empfängt und in entsprechende Steuer- und Regelungsbefehle am Elektromotor und/oder am Getriebe des Tretlagerantriebs umwandelt.
Der Tretlagerantrieb kann eine Sende- und Empfängereinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, mit einem externen Gerät, insbesondere einem Computer oder einem Smartphone, zu kommunizieren. Über die Sende- und Empfängereinheit können Konfigurationen an der Bedieneinrichtung vorgenommen werden. Insbesondere kann die Tastenbelegung an die Wünsche des Nutzers angepasst werden. Ferner können die Haltedauern des Betätigungselements in der jeweiligen Funktionsstellung eingestellt werden, bei denen bestimmte Funktionen oder Befehle ausgeführt werden sollen. Außerdem können die Druckpunkte, insbesondere die erforderliche zur erbringende Betätigungskraft des jeweiligen Druckpunktes, eingestellt werden. Ferner kann die Höhe eines Bremsmoments an einer jeweiligen Betätigungsstellung des Betätigungselements in der jeweiligen Betätigungsrichtung eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die Tasten- und Druckpunktbelegung frei konfigurierbar, auch nachträglich.
Vorzugsweise umfasst der Tretlagerantrieb ferner Mittel zur Entkopplung einer kinematischen Energie aus dem Ketten- oder Riemenritzel, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist. Ein derartiges Mittel zu Entkopplung kann beispielsweise ein Freilauf ein, der dazu eingerichtet ist, eine kinematische Energie aus dem Ketten- oder Riemenritzels zu entkoppeln, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist. Mithin kann elektrische Energie rückgewonnen werden, die im Schubbetrieb des Elektrofahrrades erzeugt und in den Energiespeicher eingespeist und dort gespeichert bzw. vorgehalten wird. Zur Verwirklichung der Rekuperation kann der Elektromotor im Generatorbetrieb die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Ritzels bzw. des Rotors reduzieren bzw. verzögern, wobei infolgedessen elektrische Energie gewonnen wird, die in den Energiespeicher eingespeist und gespeichert wird. Die Rekuperation kann beispielsweise über Rückwärtstreten der Pedale initiiert werden, was die Fahrsicherheit noch weiter erhöht.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Tretlagerantriebs eines Elektrofahrrades sowie für das erfindungsgemäße Elektrofahrrad gemäß dem dritten Erfindungsaspekt, und umgekehrt. Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrades mit einem Tretlagerantrieb und einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
2 eine erste schematische Perspektivdarstellung eines ersten Betätigungselements der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung nach 1, wobei die Bedieneinrichtung an einem Lenker des Elektrofahrrades befestigt ist, und
3 eine zweite schematische Perspektivdarstellung eines ersten Betätigungselements der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung nach 1 und 2.

Gemäß 1 ist ein Elektrofahrrad 2 dargestellt, umfassend ein Vorderrad 20 sowie ein Hinterrad 21, wobei das Hinterrad 21 über eine Kette 24 mit einer im Tretlagerbereich des Elektrofahrrades 2 angeordneten Tretlagerantrieb 3 wirkverbunden ist. Bei dem Elektrofahrrad 2 handelt es sich um ein Fahrrad mit Elektrounterstützung (Pedelec) und Kettenschaltung. Der Tretlagerantrieb 3 weist ein Kettenritzel 19 auf, über das die Kette 24 antreibbar ist. Das Elektrofahrrad 2 weist eine Steuerungseinheit 27 auf, die steuerungstechnisch mit einer Bedieneinrichtung 1 und einem als elektrische Maschine ausgebildeten Antriebsmotor 16 des Tretlagerantriebs 3 verbunden ist.
Der Tretlagerantrieb 3 wird zum Antrieb des Elektrofahrrades 2 über eine - hier nicht gezeigte - Batterie mit elektrischer Energie versorgt, die in nicht näher beschriebener Weise in den Tretlagerantrieb 3 eingespeist wird. Der Tretlagerantrieb 3 umfasst ferner ein Getriebe 22, das beispielsweise als schaltbares Planetengetriebe ausgebildet sein kann, wobei das Getriebe 22 dazu eingerichtet ist, mit einem ersten Getriebeelement zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle 23 des Elektrofahrrades 2 und mit einem zweiten Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Kettenritzel 19 des Elektrofahrrades 2 wirkverbunden zu sein. Der Tretlagerantrieb 3 weist ferner Mittel zur Entkopplung einer kinematischen Energie aus dem Kettenritzel 19 auf, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist. Es soll damit lediglich verdeutlicht werden, dass der Tretlagerantrieb 3 zur Rekuperation eingerichtet ist. Die Rekuperation kann beispielsweise durch Rückwärtstreten von mit der Tretkurbelwelle 23 drehfest verbundenen Pedalen 26 oder durch Ziehen eines - hier ebenfalls nicht gezeigten - Bremshebels realisiert werden.
Das Elektrofahrrad 2 umfasst einen Lenker 4 mit zwei an einem Lenkerrahmen 4a befestigten Lenkergriffen 5, 6. Am Lenkerrahmen 4a ist vorliegend im Bereich des rechten Lenkergriffs 5 die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 1 befestigt. Der Aufbau und die Funktionsweise der Bedieneinrichtung 1 sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung des Tretlagerantriebs 3 werden nachfolgend anhand der 2 und 3 näher beschrieben.
Nach 2 und 3 umfasst die Bedieneinrichtung 1 ein Betätigungselement 7. Das Betätigungselement 7 ist mit dem Daumen der rechten Hand des Fahrradfahrers ausgehend von einer Neutralstellung 13 in eine erste Betätigungsrichtung 9 und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung 10 betätigbar bzw. hier verschwenkbar. Das Betätigungselement 7 ist ausgehend von der Neutralstellung 13 in jeder der beiden Betätigungsrichtungen 9, 10 in zwei Funktionsstellungen 11, 12 bringbar, die in der jeweiligen Betätigungsrichtung 9, 10 hintereinanderliegend angeordnet sind. Das Betätigungselement 7 ist gemäß 2 mit einer Rückstellfeder 25 wirkverbunden, die bewirkt, dass das Betätigungselement 7 nach einem Loslassen in die Neutralstellung 13 zurückkehrt. Die Rückstellfeder 25 stützt dazu an einem Gehäuseteil 36 der Bedieneinrichtung 1 ab. Das Betätigungselement 7 ist in Form einer Schaltwippe ausgebildet, wobei ein erster Schenkel 14 der Schaltwippe in die erste Betätigungsrichtung 9 betätigbar ist, und wobei ein mit dem ersten Schenkel 14 einteilig verbundener zweiter Schenkel 15 der Schaltwippe in die zweite Betätigungsrichtung 10 betätigbar ist.
Das Betätigungselement 7 ist über eine Übersetzungsstufe 35 mit einer elektromechanischen Bremseinheit 8 wirkverbunden. Die Übersetzungsstufe 35 umfasst einen Zahnkranz 28 mit einer ersten Verzahnung 31 und ein damit drehfest verbundenes Kronenrad 29 mit einer zweiten Verzahnung 32. Die erste Verzahnung 31 steht mit einem einteilig mit dem Betätigungselement 7 verbundenen Verzahnungsabschnitt 17, aufweisend eine dritte Verzahnung 33, in Zahneingriff. Dies ist in 3 gezeigt. Die zweite Verzahnung 32 des Kronenrades 29 steht gemäß 2 in Zahneingriff mit einer vierten Verzahnung 34 eines Ritzels 30. Das Ritzel 30 ist ein Eingangselement der Bremseinheit 8. Die Bremseinheit 8 steht in kommunizierender Verbindung mit der Steuerungseinheit 27 des Elektrofahrrades 2.
Der Verzahnungsabschnitt 17 ist so am Betätigungselement 7 angeordnet, dass das Betätigungselement 7 bei dessen Betätigung mit dem Verzahnungsabschnitt 17 gleichermaßen verschwenkt, derart, dass über die Übersetzungsstufe 35 eine rotative Position des Ritzels 30 bestimmt und aufgrund der bekannten konstruktiven Verhältnisse eine Positionserkennung des Betätigungselements 7 erfolgen kann.
Die Steuerungseinheit 27 ist mit - hier nicht gezeigten - Sensoren verbunden, die beispielsweise in der Bremseinheit 8 integriert sind, um eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements 7 in der jeweiligen Betätigungsrichtung 9, 10 zu erfassen. Mithin erfolgt eine kontinuierliche Positionserkennung des Betätigungselements 7. Die Steuerungseinheit 27 ist ferner zur Steuerung der Bremseinheit 8 eingerichtet, und zwar so, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Die Bremseinheit 8 ist eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung, die in Abhängigkeit der aktuellen Betätigungsstellung durch Änderung eines Magnetfeldes ein Bremsmoment als haptische Rückmeldung an den Nutzer des Elektrofahrrades erzeugt.
In dem hier gezeigten Beispiel ist das Betätigungselement 7 ein Gangwechselschalter. Wird das Betätigungselement 7 in eine der Betätigungsrichtungen 9, 10 betätigt, erfolgt eine entsprechende Ansteuerung des Tretlagerantriebs 3 durch die Steuerungseinheit 27. In Abhängigkeit der Betätigungsrichtung 9, 10 des Betätigungselements 7 und der Betätigungsstellung bzw. der jeweiligen Funktionsstellung wird der Tretlagerantrieb 3 so angesteuert, dass ein stufenweises Hochschalten des Tretlagerantriebs 3 um eine Gangstufe durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 in die erste Funktionsstellung 11 der ersten Betätigungsrichtung 9 erfolgt. Ein stufenweises Runterschalten des Tretlagerantriebs 3 um eine Gangstufe erfolgt durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 in die erste Funktionsstellung 11 der zweiten Betätigungsrichtung 10.
Ein stufenweises Hochschalten des Tretlagerantriebs 3 um mehrere Gangstufen erfolgt durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 oder der ersten Funktionsstellung 11 in die zweite Funktionsstellung 12 der ersten Betätigungsrichtung 9. Ein stufenweises Runterschalten des Tretlagerantriebs 3 um mehrere Gangstufen erfolgt durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 oder der ersten Funktionsstellung 11 in die zweite Funktionsstellung 12 der zweiten Betätigungsrichtung 10. Die Anzahl der Gangstufen, die durch Betätigen des Betätigungselements 7 in die zweite Funktionsstellung 12 geschaltet wird, kann beliebig konfiguriert werden.
Zum Erreichen der ersten Funktionsstellung 11 ist eine erste Betätigungskraft erforderlich und zum Erreichen der zweiten Funktionsstellung 12 ist eine im Vergleich zur ersten Betätigungskraft erhöhte zweite Betätigungskraft erforderlich.
Nach Erreichen einer der ersten Funktionsstellung entsprechenden Betätigungsstellung wird durch die Bremseinheit 8 ein erstes Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt. Um zur zweiten Funktionsstellung 12 zu gelangen, hat der Nutzer die genannte zweite Betätigungskraft aufzubringen, um an einer einem spürbaren Druckpunkt entsprechenden Betätigungsstellung den Druckpunkt zu überwinden. Der Druckpunkt ist hier als erster Querstrich DP1 dargestellt und wird in Form eines zweiten Bremsmoments haptisch wiedergegeben. Nach Erreichen einer der zweiten Funktionsstellung 12 entsprechenden Betätigungsstellung wird durch die Bremseinheit 8 ein drittes Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt. Die der zweiten Funktionsstellung 12 entsprechende Betätigungsstellung des Betätigungselements 7 ist hier als zweiter Querstrich DP2 dargestellt. Somit ist die Steuerungseinheit 27 dazu eingerichtet, zumindest an den genannten Betätigungsstellungen des Betätigungselements 7 ein entsprechendes Bremsmoment zu erzeugen, sodass der Nutzer eine haptische Rückmeldung erhält.
Die Steuerungseinheit 27 ist dazu eingerichtet, mit einem externen Gerät, hier einem Smartphone 18, zu kommunizieren, wobei mittels des Smartphones 18 Konfigurationen an der Bedieneinrichtung 1, insbesondere an der Tasten- und Druckpunktbelegung, vorgenommen werden können. Die genannten Funktionen und Tastenbelegungen können beliebig getauscht werden. Denkbar ist, dass die erforderliche zweite Betätigungskraft zur Überwindung des ersten Druckpunktes einstellbar ist. Ferner kann eine erforderliche Haltedauer eingestellt werden, für die das Betätigungselement 7 in der jeweiligen Funktionsstellung der jeweiligen Betätigungsrichtung 9, 10 gehalten werden muss, bis der Eingabebefehl an die Steuerungseinheit 27 übermittelt wird bzw. bis die Steuerungseinheit 27 eine entsprechende Ansteuerung des Tretlagerantriebs 3 vornimmt.
Es soll mit dem hier beschriebenen, beispielhaften Ausführungsbeispiel deutlich gemacht werden, dass durch Reduzierung der Tastenanzahl sowie durch geschickte Anordnung, Kombination und Tastenbelegung eine intuitive, quasi blinde Bedienung der Bedieneinrichtung 1 möglich ist. Das Betätigungselement 7 ist dabei derart am Lenkergriff 5 angeordnet, dass es der Fahrer mit dem jeweiligen Daumen betätigen kann, ohne die jeweilige Hand vom Lenkergriff 5 zu nehmen.
Es ist alternativ denkbar, den Tretlagerantrieb 3 in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung 9, 10 des Betätigungselements 7 so anzusteuern, dass eine einen Betriebsmodus des Elektrofahrrades 2 beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 in die erste und/oder zweite Funktionsstellung 11, 12 der ersten Betätigungsrichtung 9 einstellbar oder aktivierbar ist, und dass die den Betriebsmodus des Elektrofahrrades 2 beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements 7 aus der Neutralstellung 13 in die erste und/oder zweite Funktionsstellung 11, 12 der zweiten Betätigungsrichtung 10 einstellbar oder deaktivierbar ist. Das Betätigungselement 7 kann also ausschließlich zur Beeinflussung von den Betriebsmodus des Elektrofahrrades 2 beeinflussende Funktionen vorgesehen sein. Alternativ kann durch Betätigung des Betätigungselement 7 in die jeweilige erste Funktionsstellung 11 ein Eingabebefehl für einen Schaltvorgang erzeugt werden, während durch Betätigung des Betätigungselement 7 in die jeweilige zweite Funktionsstellung 11 ein Einstellen, Aktivieren oder Deaktivieren der jeweiligen den Betriebsmodus des Elektrofahrrades 2 beeinflussenden Funktion erfolgen kann. Das Betätigungselement 7 kann also ganz oder teilweise als Moduswechselschalter ausgeführt sein. Ferner alternativ ist denkbar, den Gangwechselschalter als erstes separates Betätigungselement 7 am rechten Lenkergriff 5 und den Moduswechselschalter als zweites separates Betätigungselement 8 am linken Lenkergriff 6 anzuordnen, oder umgekehrt.
Die Vorteile der hier beschriebenen Bedieneinrichtung 1 bestehen darin, dass sie zum einen intuitiv bedienbar ist. Insbesondere können mehrere Betriebsmodi bzw. unterschiedliche Schaltvorgänge mit nur zwei Daumenpositionen am Betätigungselement 7 dargestellt werden. Außerdem kann die Fahrsicherheit erhöht werden, da zu jeder Zeit mit den Händen eine Lenkerklemmung erfolgt. Der jeweilige Daumen muss sich nur wenig von der Position der optimalen Lenkerklemmung wegbewegen. Außerdem sind verschiedene Zusatzfunktionen, wie beispielsweise die Einstellung einer Schaltcharakteristik darstellbar, die ebenfalls mit dem Betätigungselement 7 einstellbar sind.
Bezugszeichen

1: Bedieneinrichtung
2: Elektrofahrrad
3: Tretlagerantrieb
4: Lenker
4a: Lenkerrahmen
5: Lenkergriff
6: Lenkergriff
7: Betätigungselement
8: Elektromechanische Bremseinheit
9: Erste Betätigungsrichtung
10: Zweite Betätigungsrichtung
11: Erste Funktionsstellung
12: Zweite Funktionsstellung
13: Neutralstellung
14: Erster Schenkel
15: Zweiter Schenkel
16: Antriebsmotor bzw. Elektrische Maschine
17: Verzahnungsabschnitt
18: Smartphone
19: Kettenritzel
20: Vorderrad
21: Hinterrad
22: Getriebe
23: Tretkurbelwelle
24: Kette
25: Rückstellfeder
26: Pedal
27: Steuerungseinheit
28: Zahnkranz
29: Kronenrad
30: Ritzel
31: Erste Verzahnung
32: Zweite Verzahnung
33: Dritte Verzahnung
34: Vierte Verzahnung
35: Übersetzungsstufe
36: Gehäuseteil der Bedieneinrichtung
DP1: Erster Querstrich
DP2: Zweiter Querstrich

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 102015216186 B4 [0003]

Claims

Bedieneinrichtung (1) für einen Tretlagerantrieb (3) eines Elektrofahrrades (2), die dazu eingerichtet ist, im Bereich eines Lenkergriffs (5) an einem Lenker (4) des Elektrofahrrades (2) befestigt zu sein, die Bedieneinrichtung (1) umfassend ein Betätigungselement (7), das jeweils ausgehend von einer Neutralstellung (13) durch einen Finger, insbesondere des Daumens, eines Nutzers in eine erste Betätigungsrichtung (9) und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung (10) verstellbar ist, wobei das Betätigungselement (7) zumindest mittelbar mit einer elektromechanischen Bremseinheit (8) wirkverbunden ist, wobei die Bremseinheit (8) mit einer Steuerungseinheit (27) kommunizierend verbunden ist, und wobei die Steuerungseinheit (27) dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements (7) in der jeweiligen Betätigungsrichtung (9, 10) zumindest mittelbar zu erfassen sowie die Bremseinheit (8) derart zu steuern, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Bedieneinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Betätigungselement (7) über eine Übersetzungsstufe (35) mit der elektromechanischen Bremseinheit (8) wirkverbunden ist.
Bedieneinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Übersetzungsstufe (35) einen Zahnkranz (28) mit einer ersten Verzahnung (31) und ein damit drehfest verbundenes Kronenrad (29) mit einer zweiten Verzahnung (32) aufweist, wobei die erste Verzahnung (31) des Zahnkranzes (28) mit einer an dem Betätigungselement (7) angeordneten dritten Verzahnung (33) in Zahneingriff steht, und wobei die zweite Verzahnung (32) des Kronenrades (29) mit einer vierten Verzahnung (34) an einem Ritzel (30) der elektromechanischen Bremseinheit (8) in Zahneingriff steht.
Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromechanische Bremseinheit (8) eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung ist.
Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (7) ausgehend von der Neutralstellung (13) in zumindest eine der beiden Betätigungsrichtungen (9, 10) in mindestens eine erste Funktionsstellung (11) bringbar ist, wobei zum Erreichen der zumindest ersten Funktionsstellung (11) eine erste Betätigungskraft erforderlich ist und wobei die elektromechanische Bremseinheit (8) derart steuerbar ist, dass nach Erreichen einer der ersten Funktionsstellung (11) entsprechenden Betätigungsstellung ein Bremsmoment mittels der elektromechanischen Bremseinheit (8) zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Bedieneinrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Betätigungselement (7) ausgehend von der Neutralstellung (13) in zumindest eine der beiden Betätigungsrichtungen (9, 10) ferner in mindestens eine zweite Funktionsstellung (12) bringbar ist, wobei zum Erreichen der mindestens zweiten Funktionsstellung (12) eine im Vergleich zur ersten Betätigungskraft erhöhte zweite Betätigungskraft erforderlich ist, wobei die elektromechanische Bremseinheit (8) derart steuerbar ist, dass zum Erreichen der mindestens zweiten Funktionsstellung (12) ein spürbarer Druckpunkt zu überwinden ist, und dass nach Erreichen einer der zweiten Funktionsstellung (12) entsprechenden Betätigungsstellung ein Bremsmoment mittels der elektromechanischen Bremseinheit (8) zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Rückstellfeder (25), die dazu eingerichtet ist, das Betätigungselements (7) nach einem Loslassen in die Neutralstellung (13) zurückzustellen.
Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (7) in Form einer Schaltwippe ausgebildet ist, wobei ein erster Schenkel (14) der Schaltwippe in die erste Betätigungsrichtung (9) betätigbar ist, und wobei ein mit dem ersten Schenkel (14) einteilig verbundener zweiter Schenkel (15) der Schaltwippe in die zweite Betätigungsrichtung (10) betätigbar ist.
Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedieneinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung (9, 10) des Betätigungselements (7) einen Tretlagerantrieb (3) so anzusteuern, dass ein stufenweises Hochschalten des Tretlagerantriebs (3) um jeweils eine oder mehrere Gangstufen durch ein Betätigen des Betätigungselements (7) aus der Neutralstellung (13) in zumindest eine erste Funktionsstellung (11) der ersten Betätigungsrichtung (9) erfolgt, und dass ein stufenweises Runterschalten des Tretlagerantriebs (3) um jeweils eine oder mehrere Gangstufen durch ein Betätigen des Betätigungselements (7) aus der Neutralstellung (13) in zumindest eine erste Funktionsstellung (11) der zweiten Betätigungsrichtung (10) erfolgt.
Bedieneinrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Bedieneinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Betätigungsrichtung (9, 10) des Betätigungselements (7) einen Tretlagerantrieb (3) so anzusteuern, dass eine einen Betriebsmodus des Elektrofahrrades (2) beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements (7) aus der Neutralstellung (13) in zumindest eine erste Funktionsstellung (11) der ersten Betätigungsrichtung (9) einstellbar oder aktivierbar ist, und dass die den Betriebsmodus des Elektrofahrrades (2) beeinflussende Funktion durch ein Betätigen des Betätigungselements (7) aus der Neutralstellung (13) in zumindest eine erste Funktionsstellung (11) der zweiten Betätigungsrichtung (10) einstellbar oder deaktivierbar ist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Tretlagerantriebs (3) eines Elektrofahrrades (2) mit einer Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedieneinrichtung (1) ein Betätigungselement (7) umfasst, das jeweils ausgehend von einer Neutralstellung (13) durch einen Finger, insbesondere des Daumens, eines Nutzers in eine erste Betätigungsrichtung (9) und eine davon verschiedene zweite Betätigungsrichtung (10) verstellbar ist, wobei das Betätigungselement (7) zumindest mittelbar mit einer elektromechanischen Bremseinheit (8) wirkverbunden ist, wobei die Bremseinheit (8) mit einer Steuerungseinheit (27) kommunizierend verbunden ist, wobei mittels der Steuerungseinheit (27) eine aktuelle Betätigungsstellung des Betätigungselements (7) in der jeweiligen Betätigungsrichtung (9, 10) zumindest mittelbar erfasst wird und die Bremseinheit (8) derart gesteuert wird, dass anhand der erfassten aktuellen Betätigungsstellung ein Bremsmoment zur haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Elektrofahrrad (2), umfassend einen Lenker (4) mit zwei Lenkergriffen (5, 6), zumindest ein Vorderrad (20) sowie zumindest ein Hinterrad (21), wobei das Vorderrad (20) und/oder das Hinterrad (21) zumindest mittelbar mit einem Tretlagerantrieb (3) antriebswirksam verbunden ist, wobei an einem der Lenkergriffe (5, 6) eine zumindest mittelbar mit dem Tretlagerantrieb (3) elektronisch verbundene Bedieneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet ist.