DE102023210972A1

DE102023210972A1 - Method for operating a muscle-powered vehicle

Info

Publication number: DE102023210972A1
Application number: DE102023210972.7A
Authority: DE
Inventors: Paul Lenz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-11-06
Filing date: 2023-11-06
Publication date: 2024-11-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines muskelbetriebenen Fahrzeugs (50), das mindestens zwei Räder (8, 53) und eine Rekuperationseinrichtung (6, 23) zum Rekuperieren von Energie über eines der Räder (8) aufweist. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln (I) einer Differenzgröße zwischen den beiden Rädern (8, 53) und ein Vergleichen (II) der ermittelten Differenzgröße mit einer Grenzgröße. Ferner umfasst das Verfahren bei einer unzulässigen Abweichung der ermittelten Differenzgröße von der Grenzgröße ein Ansteuern (III) der Rekuperationseinrichtung (6, 23) zum Reduzieren der Abweichung der Differenzgröße von der Grenzgröße. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung (20), die eingerichtet ist, um solch ein Verfahren auszuführen, auf eine Antriebseinrichtung (1) mit solch einer Steuereinrichtung (20), und auf ein muskelbetriebenes Fahrzeug (50) mit solch einer Antriebseinrichtung (1).

The present invention relates to a method for operating a human-powered vehicle (50) which has at least two wheels (8, 53) and a recuperation device (6, 23) for recuperating energy via one of the wheels (8). The method comprises determining (I) a difference between the two wheels (8, 53) and comparing (II) the determined difference with a limit value. Furthermore, in the event of an impermissible deviation of the determined difference from the limit value, the method comprises controlling (III) the recuperation device (6, 23) to reduce the deviation of the difference from the limit value. Furthermore, the present invention relates to a control device (20) which is set up to carry out such a method, to a drive device (1) with such a control device (20), and to a human-powered vehicle (50) with such a drive device (1).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines muskelbetriebenen Fahrzeugs. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um solch ein Verfahren auszuführen, auf eine Antriebseinrichtung mit solch einer Steuereinrichtung, und auf ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit solch einer Antriebseinrichtung.The present invention relates to a method for operating a human-powered vehicle. Furthermore, the present invention relates to a control device which is designed to carry out such a method, to a drive device with such a control device, and to a human-powered vehicle with such a drive device.

Stand der TechnikState of the art

E-Bikes oder Pedelecs weisen zur Unterstützung eines Fahrers zumeist eine elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung auf. Mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung kann in einer Batterie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie zum Antreiben des Fahrrads gewandelt werden. Dabei ist beispielsweise aus der DE 10 2019 003 060 A1 bekannt, solch eine elektrische Antriebsvorrichtung auch zum Rekuperieren von Energie zu nutzen.E-bikes or pedelecs usually have an electrically operated drive device to support a rider. The electrical drive device can convert electrical energy stored in a battery into mechanical energy to drive the bike. For example, the DE 10 2019 003 060 A1 It is known to use such an electric drive device also to recuperate energy.

Darstellung der Erfindungrepresentation of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zum Betreiben eines muskelbetriebenen Fahrzeugs bereitzustellen, mit dem eine zuverlässige, sichere und komfortable Rekuperation von Energie möglich ist. Die Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beanspruchte Verfahren zum Betreiben eines muskelbetriebenen Fahrzeugs gelöst. Bei dem muskelbetriebenen Fahrzeug kann es sich um ein Einspurfahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad, handeln. Das Fahrrad kann als E-Bike oder Pedelec ausgebildet sein. Das muskelbetriebene Fahrzeug kann eine Pedalwelle zur Aufnahme einer Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs aufweisen. Das Fahrzeug kann durch den Fahrer fortbewegt werden, indem dieser ein Drehmoment auf die Pedalwelle aufbringt. Darüber hinaus kann das muskelbetriebene Fahrzeug eine Antriebseinrichtung, beispielsweise mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung, wie einen Elektromotor, aufweisen, der den Fahrer beim Fortbewegen des Fahrzeugs unterstützen kann. Demnach kann das muskelbetriebene Fahrzeug durch eine Kombination von einem durch die Muskelkraft des Fahrers bereitgestellten Drehmoment und einem Drehmoment einer elektrischen Antriebsvorrichtung fortbewegt werden.The object of the present invention was to provide a method for operating a muscle-powered vehicle with which reliable, safe and comfortable recuperation of energy is possible. The object is achieved by the method for operating a muscle-powered vehicle claimed in claim 1. The muscle-powered vehicle can be a single-track vehicle, for example a bicycle. The bicycle can be designed as an e-bike or pedelec. The muscle-powered vehicle can have a pedal shaft for absorbing muscle power from a driver of the vehicle. The vehicle can be propelled by the driver by applying a torque to the pedal shaft. In addition, the muscle-powered vehicle can have a drive device, for example with an electric drive device, such as an electric motor, which can assist the driver in moving the vehicle. Accordingly, the muscle-powered vehicle can be propelled by a combination of a torque provided by the driver's muscle power and a torque from an electric drive device.

Das Fahrrad kann eine Batterie aufweisen, die über einen Wechselrichter mit der elektrischen Antriebsvorrichtung elektrisch verbunden sein kann. Das muskelbetriebene Fahrzeug weist mindestens zwei Räder auf. Die Räder können beim Fortbewegen des Fahrzeugs mit dem Boden in Kontakt stehen und sich bewegen, um beispielsweise ein Drehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs zu übertragen. In einer Ausführungsform weist das muskelbetriebene Fahrzeug lediglich die beiden Räder und keine weiteren Räder auf. In einer alternativen Ausführungsform weist das muskelbetriebene Fahrzeug neben den zwei Rädern weitere Räder, beispielsweise insgesamt vier Räder, auf.The bicycle can have a battery that can be electrically connected to the electric drive device via an inverter. The human-powered vehicle has at least two wheels. The wheels can be in contact with the ground when the vehicle is moving and can move, for example to transmit torque to move the vehicle. In one embodiment, the human-powered vehicle has only the two wheels and no other wheels. In an alternative embodiment, the human-powered vehicle has additional wheels in addition to the two wheels, for example a total of four wheels.

Das muskelbetriebene Fahrzeug weist darüber hinaus eine Rekuperationseinrichtung auf, über die Energie von mindestens einem der Räder rekuperiert werden kann. Die Rekuperationseinrichtung kann beispielsweise durch die oben beschriebene elektrische Antriebsvorrichtung und den oben beschriebenen Wechselrichter ausgebildet werden. Solch eine Rekuperation kann beispielsweise dann erfolgen, wenn auf das muskelbetriebene Fahrzeug eine äußere Kraft wirkt. Dies kann dann der Fall sein, wenn das muskelbetriebene Fahrzeug bergab fährt und alternativ oder zusätzlich beim Fahren Rückenwind vorhanden ist. Durch die Rekuperationseinrichtung kann kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie gewandelt werden. Die elektrische Energie kann der oben beschriebenen Batterie zugeführt werden, was sich vorteilhaft auf die Reichweite des Fahrzeugs auswirkt.The muscle-powered vehicle also has a recuperation device, via which energy can be recuperated from at least one of the wheels. The recuperation device can be formed, for example, by the electric drive device described above and the inverter described above. Such recuperation can take place, for example, when an external force acts on the muscle-powered vehicle. This can be the case when the muscle-powered vehicle is driving downhill and, alternatively or additionally, there is a tailwind when driving. The recuperation device can convert the vehicle's kinetic energy into electrical energy. The electrical energy can be fed to the battery described above, which has a beneficial effect on the vehicle's range.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ermitteln einer Differenzgröße zwischen den beiden Rädern. Hierfür kann beispielsweise eine Zustandsgröße von jedem der Räder und anschließend eine Differenz zwischen den beiden Zustandsgrößen der Räder ermittelt werden. Die Zustandsgröße von jedem der Räder kann dabei basierend auf einem einzigen Messergebnis und alternativ oder zusätzlich einer Vielzahl von Messergebnissen ermittelt werden. Beispielsweise kann die Zustandsgröße basierend auf einem Vergleich verschiedener Messgrößen, wie einer Veränderung einer Messgröße, bestimmt werden. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Vergleichen der ermittelten Differenzgröße mit einer Grenzgröße. Bei der Grenzgröße kann es sich um eine zulässige Differenzgröße zwischen den beiden Zustandsgrößen der Räder handeln. Beim Vergleichen kann geprüft werden, ob die ermittelte Differenzgröße größer als, kleiner als oder gleich wie die Grenzgröße ist. Die Grenzgröße kann dabei eine vorgegebene Größe sein, die statisch und demnach nicht veränderbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Grenzgröße um eine dynamische Größe handeln, die beispielsweise dynamisch gemessen und alternativ oder zusätzlich berechnet werden kann.The method of the present invention comprises determining a difference between the two wheels. For this purpose, for example, a state variable of each of the wheels and then a difference between the two state variables of the wheels can be determined. The state variable of each of the wheels can be determined based on a single measurement result and alternatively or additionally a plurality of measurement results. For example, the state variable can be determined based on a comparison of different measured variables, such as a change in a measured variable. In addition, the method comprises comparing the determined difference with a limit value. The limit value can be a permissible difference between the two state variables of the wheels. During the comparison, it can be checked whether the determined difference is greater than, less than or equal to the limit value. The limit value can be a predetermined value that is static and therefore cannot be changed. Alternatively or additionally, the limit value can be a dynamic value that can, for example, be measured dynamically and alternatively or additionally calculated.

Ergibt der Vergleich, dass eine unzulässige Abweichung der ermittelten Differenzgröße von der Grenzgröße vorliegt, beispielsweise dass die Zustandsgrößen der Räder um ein unzulässiges Ausmaß voneinander abweichen, umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung ferner ein Ansteuern der Rekuperationseinrichtung. Die Rekuperationseinrichtung wird derart angesteuert, dass die Abweichung zwischen der Differenzgröße und der Grenzgröße reduziert wird. Das Verfahren kann dabei während dem Rekuperieren von Energie mit der Rekuperationseinrichtung ausgeführt werden. Vor dem Ausführen des Verfahrens kann beispielsweise ein Prüfschritt erfolgen, ob Energie mit der Rekuperationseinrichtung rekuperiert wird. So ist es beispielsweise möglich, den Rekuperationsvorgang mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu überwachen und zu optimieren.If the comparison shows that there is an inadmissible deviation of the determined difference value from the limit value, for example that the state variables of the wheels deviate from each other by an inadmissible amount, the comparison includes The method of the present invention further includes controlling the recuperation device. The recuperation device is controlled in such a way that the deviation between the difference value and the limit value is reduced. The method can be carried out while energy is being recuperated using the recuperation device. Before carrying out the method, for example, a test step can be carried out to determine whether energy is being recuperated using the recuperation device. For example, it is possible to monitor and optimize the recuperation process using the method of the present invention.

Im Ergebnis kann so ein Verfahren zum Betreiben eines muskelbetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise ein Verfahren zum Rekuperieren von Energie in einem muskelbetriebenen Fahrzeug, bereitgestellt werden, das in einer hohen Zuverlässigkeit und einem komfortablen Betrieb des Fahrzeugs resultiert. Gleichzeitig kann solch ein Verfahren zur Sicherheit des muskelbetriebenen Fahrzeugs beitragen, indem beispielsweise ein Blockieren eines Rads verhindert werden kann. In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln der Differenzgröße zwischen den beiden Rädern ein Ermitteln einer Differenzgröße zwischen einem Hinter- und einem Vorderrad eines Fahrrads. Ist die Rekuperationseinrichtung beispielsweise nur mit dem Hinterrad des Fahrrads mechanisch wirkverbunden, so kann mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung einfach und effektiv eine Auswirkung der Rekuperation auf den Fahrradbetrieb durch das Ermitteln der Differenzgröße zwischen dem Vorder- und dem Hinterrad bestimmt werden. Im Ergebnis kann so ein Fahrrad mit einer zuverlässigen und sicheren Möglichkeit zur Rekuperation von Energie bereitgestellt werden, was sich positiv auf die Reichweite des Fahrrads auswirkt.As a result, a method for operating a human-powered vehicle, for example a method for recuperating energy in a human-powered vehicle, can be provided that results in high reliability and comfortable operation of the vehicle. At the same time, such a method can contribute to the safety of the human-powered vehicle, for example by preventing a wheel from locking. In one embodiment, determining the difference between the two wheels includes determining a difference between a rear wheel and a front wheel of a bicycle. If the recuperation device is, for example, only mechanically connected to the rear wheel of the bicycle, the method of the present invention can be used to simply and effectively determine an effect of the recuperation on the bicycle operation by determining the difference between the front and rear wheels. As a result, a bicycle can be provided with a reliable and safe option for recuperating energy, which has a positive effect on the range of the bicycle.

In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln der Differenzgröße zwischen den Rädern zumindest eines von einem Ermitteln einer Differenzdrehzahl und einem Ermitteln einer Differenzbeschleunigung zwischen den Rädern. Hierfür kann eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise zwei Sensoren umfassen kann. An jedem der Räder kann ein Sensor angeordnet sein, um eine Zustandsgröße des jeweiligen Rads zu erfassen. Bei den Sensoren kann es sich jeweils um Drehzahlsensoren handeln. Mittels der Drehzahlsensoren können die Drehzahlen der Räder gemessen werden. Basierend auf den gemessenen Drehzahlen können wiederum die Beschleunigungen der einzelnen Räder bestimmt werden. Die Differenzdrehzahl beziehungsweise die Differenzbeschleunigung zwischen den Rädern kann wiederum durch einen Vergleich der Drehzahlen beziehungsweise Beschleunigungen der Räder ermittelt werden. Basierend auf der Differenzdrehzahl und alternativ oder zusätzlich der Differenzbeschleunigung kann besonders zuverlässig und einfach eine Auswirkung der Rekuperation auf das mit der Rekuperationseinrichtung wirkverbundene Rad ermittelt werden. So kann besonders zuverlässig und einfach der Rekuperationsvorgang mit den oben beschriebenen Vorteilen überwacht werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das Ermitteln der Differenzgröße auch ein Ermitteln einer Differenzgeschwindigkeit zwischen den Rädern oder das Ermitteln einer Differenz von anderen Zustandsgrößen zwischen den Rädern umfassen.In one embodiment, determining the difference between the wheels comprises at least one of determining a difference in speed and determining a difference in acceleration between the wheels. A sensor device can be provided for this purpose, which can comprise two sensors, for example. A sensor can be arranged on each of the wheels in order to detect a state variable of the respective wheel. The sensors can each be speed sensors. The speeds of the wheels can be measured using the speed sensors. Based on the measured speeds, the accelerations of the individual wheels can in turn be determined. The difference in speed or the difference in acceleration between the wheels can in turn be determined by comparing the speeds or accelerations of the wheels. Based on the difference in speed and alternatively or additionally the difference in acceleration, an effect of the recuperation on the wheel operatively connected to the recuperation device can be determined particularly reliably and easily. The recuperation process can thus be monitored particularly reliably and easily with the advantages described above. In an alternative embodiment, determining the difference variable may also include determining a difference speed between the wheels or determining a difference of other state variables between the wheels.

In einer Ausführungsform umfasst das Ansteuern der Rekuperationseinrichtung ein Ansteuern der Rekuperationseinrichtung zur Verringerung eines Rekuperationsmoments. Solch ein Verringern des Rekuperationsmoments kann dann erfolgen, wenn die Differenzgröße größer als ein zulässiger Grenzwert ist, wenn also beispielsweise eine Zustandsgröße von dem mit der Rekuperationseinrichtung wirkverbundenen Rad über ein zulässiges Ausmaß von der Zustandsgröße des anderen Rads abweicht. In solch einem Fall hat das Rekuperieren nämlich einen über ein zulässiges Ausmaß hinausreichenden Einfluss auf den Betrieb des Fahrzeugs, weshalb das Ausmaß der Rekuperation zu verringern ist, also das Rekuperationsmoment reduziert werden muss. Im Rahmen dieser Ausführungsform kann demnach sichergestellt werden, dass das Rekuperieren nur einen akzeptablen und zulässigen Einfluss auf den Fahrzeugbetrieb hat. Das Ergebnis ist ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer sicheren und komfortablen Rekuperationsmöglichkeit.In one embodiment, controlling the recuperation device includes controlling the recuperation device to reduce a recuperation torque. Such a reduction in the recuperation torque can occur when the difference is greater than a permissible limit value, for example when a state variable of the wheel operatively connected to the recuperation device deviates from the state variable of the other wheel by more than a permissible amount. In such a case, recuperation has an influence on the operation of the vehicle that goes beyond a permissible amount, which is why the extent of recuperation must be reduced, i.e. the recuperation torque must be reduced. Within the scope of this embodiment, it can therefore be ensured that recuperation only has an acceptable and permissible influence on the operation of the vehicle. The result is a human-powered vehicle with a safe and comfortable recuperation option.

Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Empfangen eines Bremsbefehls, der manuell durch einen Fahrer eingeleitet und alternativ oder zusätzlich durch eine Steuereinrichtung automatisch erzeugt werden kann. Beim Empfangen solch eines Bremsbefehls kann anschließend die Rekuperationseinrichtung zum Bremsen des muskelbetriebenen Fahrzeugs angesteuert werden. Durch das Rekuperieren mittels der Rekuperationseinrichtung wird kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie gewandelt, was zu einer Verzögerung des Fahrzeugs und demnach einem Bremsen führt. Durch das Einsetzen der Rekuperationseinrichtung zum Bremsen des Fahrzeugs kann eine Betriebsbremse des Fahrzeugs, beispielsweise eine mechanische Betriebsbremse des Fahrzeugs, geschont werden, was in einer höheren Lebenszeit der Betriebsbremse resultiert. Gleichzeitig kann durch das Bremsen mit der Rekuperationseinrichtung Energie rekuperiert werden, was in einer höheren Reichweite des Fahrzeugs resultiert. Wird ein Bremsbefehl empfangen, kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung dabei zunächst mittels der Rekuperationseinrichtung gebremst werden, so dass eine Rekuperationsvorschaltung bereitgestellt werden kann.In one embodiment, the method further comprises receiving a braking command, which can be initiated manually by a driver and alternatively or additionally generated automatically by a control device. When such a braking command is received, the recuperation device can then be activated to brake the muscle-powered vehicle. By recuperating using the recuperation device, the vehicle's kinetic energy is converted into electrical energy, which leads to a deceleration of the vehicle and thus braking. By using the recuperation device to brake the vehicle, a service brake of the vehicle, for example a mechanical service brake of the vehicle, can be protected, which results in a longer service life of the service brake. At the same time, energy can be recuperated by braking with the recuperation device, which results in a longer range of the vehicle. If a braking command is received, within the scope of the present application, braking can initially be carried out using the recuperation device, so that a recuperation circuit can be provided.

Während des Bremsvorgangs mit der Rekuperationseinrichtung kann im Rahmen einer Ausführungsform eine Bremsleistung der Rekuperationseinrichtung, beispielsweise eine durch die Rekuperationseinrichtung zur Verfügung stellbare Bremsleistung und alternativ oder zusätzlich eine durch die Rekuperationseinrichtung aktuell zur Verfügung gestellte Bremsleistung, ermittelt werden. Die ermittelte Bremsleistung der Rekuperationseinrichtung kann mit einer angeforderten Bremsleistung verglichen werden. Ist die ermittelte Bremsleistung der Rekuperationseinrichtung größer oder gleich der angeforderten Bremsleistung, kann weiterhin durch ausschließlich die Rekuperationseinrichtung gebremst werden. Dies führt zu einer besonders hohen Schonung der Betriebsbremse mit den oben beschriebenen Vorteilen. Ist die durch die Rekuperationseinrichtung bereitgestellte beziehungsweise bereitstellbare Bremsleistung jedoch kleiner als die angeforderte Bremsleistung, kann das Verfahren im Rahmen einer Ausführungsform ferner das Ansteuern einer Betriebsbremse des muskelbetriebenen Fahrzeugs aufweisen. Bei der Betriebsbremse kann es sich um eine mechanische Bremse, beispielsweise eine reibschlüssige Bremse, wie eine Trommelbremse, handeln. Durch das zusätzliche Ansteuern der Betriebsbremse kann ein sicheres Bremsen mit der angeforderten Bremsleistung durch das Fahrzeug bereitgestellt werden.During the braking process with the recuperation device, within the scope of one embodiment, a braking power of the recuperation device, for example a braking power that can be made available by the recuperation device and alternatively or additionally a braking power currently made available by the recuperation device, can be determined. The determined braking power of the recuperation device can be compared with a requested braking power. If the determined braking power of the recuperation device is greater than or equal to the requested braking power, braking can continue to be carried out exclusively by the recuperation device. This leads to a particularly high level of protection of the service brake with the advantages described above. However, if the braking power provided or that can be provided by the recuperation device is less than the requested braking power, the method can also comprise controlling a service brake of the human-powered vehicle within the scope of one embodiment. The service brake can be a mechanical brake, for example a friction brake such as a drum brake. By additionally controlling the service brake, the vehicle can provide safe braking with the requested braking power.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuereinrichtung, die eingerichtet, also spezifisch hergerichtet, beispielsweise programmiert, ist, um das Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere Schnittstellen, die als Ein- und/oder Ausgabeschnittstelle ausgebildet sein können, aufweisen, um mit den unterschiedlichen Komponenten des muskelbetriebenen Fahrzeugs zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zu kommunizieren. Die Steuereinrichtung kann einen oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen, die an demselben oder an unterschiedlichen Orten angeordnet sein können. Die Steuereinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, um an einem Rahmen eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Fahrrads, angebracht zu werden.The present invention further relates to a control device that is set up, i.e. specifically prepared, for example programmed, to carry out the method according to one of the previously described embodiments. The control device can have one or more interfaces, which can be designed as input and/or output interfaces, in order to communicate with the different components of the human-powered vehicle in order to carry out the method described above. The control device can have one or more microprocessors, which can be arranged in the same or different locations. The control device is designed, for example, to be attached to a frame of a vehicle, for example a bicycle.

Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung, die zum Antreiben eines Rads des muskelbetriebenen Fahrzeugs und zum Rekuperieren von Energie über das Rad ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung umfasst eine Steuereinrichtung gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform, um die Rekuperationseinrichtung zu steuern. Die Antriebseinrichtung kann als ein Nabenantrieb für ein Hinterrad eines Fahrrads ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung ausgebildet sein, um im Bereich einer Pedalwelle eines Fahrrads angebracht zu werden und ein Drehmoment über ein Endlosumlaufelement, beispielsweise eine Kette, an ein Hinterrad des Fahrrads zu übertragen. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Rad, einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Drehzahlgröße des ersten und zweiten Rads und einer Antriebseinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Vorteile der einzelnen Merkmale wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betreiben des muskelbetriebenen Fahrzeugs verwiesen.Furthermore, the present invention relates to a drive device for a muscle-powered vehicle with an electric drive device that is designed to drive a wheel of the muscle-powered vehicle and to recuperate energy via the wheel. The drive device comprises a control device according to the previously described embodiment in order to control the recuperation device. The drive device can be designed as a hub drive for a rear wheel of a bicycle. Alternatively or additionally, the drive device can be designed to be mounted in the region of a pedal shaft of a bicycle and to transmit torque to a rear wheel of the bicycle via an endless circulating element, for example a chain. Furthermore, the present invention relates to a muscle-powered vehicle with a first and a second wheel, a sensor device for detecting a rotational speed of the first and second wheel and a drive device according to one of the previously described embodiments. With regard to the design and advantages of the individual features, reference is made to the above statements in connection with the method for operating the muscle-powered vehicle.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

1 schematically shows a human-powered vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 shows a drive device of the muscle-powered vehicle from 1 .
3 shows a schematic flow chart of a method for operating the muscle-powered vehicle from 1 .

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

1 zeigt schematisch ein muskelbetriebenes Fahrzeug 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in der vorliegenden Ausführungsform als Fahrrad ausgebildet ist. Das Fahrrad 50 umfasst einen Rahmen 51 mit einem Unterrohr, an dem eine Batterie 52 und eine Steuereinrichtung 20 angebracht sind. Ferner umfasst das Fahrrad 50 zwei Räder, die als Hinterrad 8 und Vorderrad 53 ausgebildet sind. Das Hinterrad 8 ist mittels einer Antriebseinrichtung 1 antreibbar, die vorliegend als Nabenantrieb ausgebildet und an dem Rahmen 51 des Fahrrads 50 angebracht ist. Genauer gesagt ist der Nabenantrieb 1 in einem Bereich des Rahmens 51 angebracht, in dem eine Sitzstrebe und eine Kettenstrebe des Rahmens 51 zusammentreffen. Der Nabenantrieb 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben. Das Vorderrad 53 ist an einer Gabel des Rahmens 51 gelagert und kann mittels eines Lenkers verschwenkt werden. 1 shows schematically a muscle-powered vehicle 50 according to an embodiment of the present invention, which in the present embodiment is designed as a bicycle. The bicycle 50 comprises a frame 51 with a down tube to which a battery 52 and a control device 20 are attached. Furthermore, the bicycle 50 comprises two wheels, which are designed as a rear wheel 8 and a front wheel 53. The rear wheel 8 can be driven by means of a drive device 1, which is designed as a hub drive and is attached to the frame 51 of the bicycle 50. More precisely, the hub drive 1 is attached in an area of the frame 51 in which a seat stay and a chain stay of the frame 51 meet. The hub drive 1 is described below with reference to 2 described in detail. The front wheel 53 is mounted on a fork of the frame 51 and can be pivoted by means of a handlebar.

Das Fahrrad 50 umfasst ferner ein am Rahmen 51 gelagertes Kettenblatt 54, welches in mechanischer Verbindung mit einer Kurbel steht. An der Kurbel ist ein Pedal 55 angebracht, über welches ein Fahrer des Fahrrads 50 eine Muskelkraft auf das Kettenblatt 54 aufbringen kann. Das Kettenblatt 54 ist über ein Endlosumlaufelement 56, vorliegend eine Kette, mit dem Hinterrad 8 mechanisch wirkverbunden. In der vorliegenden Ausführungsform wird diese mechanische Wirkverbindung durch das Endlosumlaufelement 56 mittels einer Kettenschaltung bereitgestellt, über welche unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Kettenblatt 54 und dem Hinterrad 8 geschaltet werden können. Demnach können in der vorliegenden Ausführungsform Drehmomente an das Hinterrad 8 zum Vortrieb des Fahrrads 50 sowohl durch einen Fahrer über das Pedal 50 und das Kettenblatt 54 als auch den Nabenantrieb 1 übertragen werden.The bicycle 50 further comprises a chainring 54 mounted on the frame 51, which is mechanically connected to a crank. A pedal 55 is attached to the crank, via which a rider of the bicycle 50 can apply muscle power to the chainring 54. The chainring 54 is mechanically operatively connected to the rear wheel 8 via an endless circulating element 56, in this case a chain. In the present embodiment, this mechanical operative connection is provided by the endless circulating element 56 by means of a derailleur, via which different gear ratios can be switched between the chainring 54 and the rear wheel 8. Accordingly, in the present embodiment, torques can be transmitted to the rear wheel 8 to propel the bicycle 50 both by a rider via the pedal 50 and the chainring 54 and the hub drive 1.

Das Fahrrad 50 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung mit einem Drehzahlsensor 57 zum Erfassen einer Drehzahl des Vorderrads 53. Ebenso umfasst die Sensoreinrichtung einen Drehzahlsensor 58 zum Erfassen einer Drehzahl des Hinterrads 8. Die beiden Drehzahlsensoren 57, 58 sind elektrisch mit der Steuereinrichtung 20 verbunden. Die Steuereinrichtung 20 ist eingerichtet, um eine Differenzdrehzahl und eine Differenzbeschleunigung zwischen dem Vorderrad 53 und dem Hinterrad 8 basierend auf den mit den Drehzahlsensoren 57, 58 ermittelten Drehzahlen der Räder 53, 8 zu ermitteln.The bicycle 50 further comprises a sensor device with a speed sensor 57 for detecting a speed of the front wheel 53. The sensor device also comprises a speed sensor 58 for detecting a speed of the rear wheel 8. The two speed sensors 57, 58 are electrically connected to the control device 20. The control device 20 is set up to determine a differential speed and a differential acceleration between the front wheel 53 and the rear wheel 8 based on the speeds of the wheels 53, 8 determined with the speed sensors 57, 58.

2 zeigt den Nabenantrieb 1 des Fahrrads 50 aus 1 in einer Detailansicht. Der Nabenantrieb 1 umfasst eine Zentralachse 2 und ein stationären Bauteil 3, wobei die Zentralachse 2 drehfest an dem stationären Bauteil 3 festgesetzt ist. Bei dem stationären Bauteil handelt es sich vorliegend um ein Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 ist drehfest am Rahmen 51 des Fahrrads 50 festgesetzt. Darüber hinaus umfasst der Nabenantrieb 1 einen ersten Planetenradsatz 4, einen zweiten Planetenradsatz 5, eine elektrische Antriebsvorrichtung 6 und eine Schalteinrichtung 7, die allesamt koaxial zueinander und koaxial zu der Zentralachse 2 angeordnet sind. In einer Axialrichtung A des Nabenantriebs 1, also in Richtung der Zentralachse 2, ist die Schalteinrichtung 7 vor der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 angeordnet, welche wiederum vor dem zweiten Planetenradsatz 5 vorgesehen ist. Der erste Planetenradsatz 4 ist im Wesentlichen auf der gleichen axialen Bauhöhe wie die elektrische Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen und radial außerhalb der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 angeordnet. 2 shows the hub drive 1 of the bicycle 50 from 1 in a detailed view. The hub drive 1 comprises a central axis 2 and a stationary component 3, wherein the central axis 2 is fixed in a rotationally fixed manner to the stationary component 3. The stationary component in this case is a housing 3. The housing 3 is fixed in a rotationally fixed manner to the frame 51 of the bicycle 50. In addition, the hub drive 1 comprises a first planetary gear set 4, a second planetary gear set 5, an electric drive device 6 and a switching device 7, all of which are arranged coaxially to one another and coaxially to the central axis 2. In an axial direction A of the hub drive 1, i.e. in the direction of the central axis 2, the switching device 7 is arranged in front of the electric drive device 6, which in turn is provided in front of the second planetary gear set 5. The first planetary gear set 4 is provided essentially at the same axial height as the electric drive device 6 and is arranged radially outside the electric drive device 6.

Mit dem Nabenantrieb 1 ist ferner das Hinterrad 8 mechanisch wirkverbunden, welches koaxial zur Zentralachse 2 angeordnet ist. Die Schalteinrichtung 7, die elektrische Antriebsvorrichtung 6 sowie die Planetenradsätze 4, 5 sind in der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam in dem Gehäuse 3 eingehaust. Die elektrische Antriebsvorrichtung 6 weist einen Stator 9 auf, der permanent drehfest mit der Zentralachse 2 verbunden ist. Darüber hinaus weist die elektrische Antriebsvorrichtung 6 einen Rotor 10 auf, der radial außerhalb des Stators 9 und koaxial zu diesem angeordnet ist. Folglich handelt es sich bei der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 in der vorliegenden Ausführungsform um eine Außenläufermaschine, bei welcher der Rotor 10 radial außerhalb des Stators 9 vorgesehen ist.The rear wheel 8, which is arranged coaxially to the central axis 2, is also mechanically connected to the hub drive 1. The switching device 7, the electric drive device 6 and the planetary gear sets 4, 5 are housed together in the housing 3 in the present embodiment. The electric drive device 6 has a stator 9, which is permanently connected to the central axis 2 in a rotationally fixed manner. In addition, the electric drive device 6 has a rotor 10, which is arranged radially outside the stator 9 and coaxially thereto. Consequently, the electric drive device 6 in the present embodiment is an external rotor machine in which the rotor 10 is provided radially outside the stator 9.

Der erste Planetenradsatz 4 weist ein erstes Sonnenrad 11, einen ersten Planetenträger 12 mit darauf drehbar gelagerten ersten Planetenrädern 13 und ein erstes Hohlrad 14 auf. Der erste Planetenradsatz 4 ist als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Die ersten Planetenräder 13 kämmen sowohl mit dem ersten Sonnenrad 11 als auch dem ersten Hohlrad 14. Wie zuvor beschrieben, ist der erste Planetenradsatz 4 radial außerhalb der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen, so dass in einer Radialrichtung R des Nabenantriebs 1 der Stator 9, der Rotor 10, das erste Sonnenrad 11, die ersten Planetenräder 13 und das erste Hohlrad 14 in dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet sind. Der zweite Planetenradsatz 5 umfasst ein zweites Sonnenrad 15, einen zweiten Planetenträger 16 mit darauf drehbar gelagerten zweiten Planetenrädern 17 und ein zweites Hohlrad 18. Der zweite Planetenradsatz 5 ist dabei in Radialrichtung R des Nabenantriebs 1 im Wesentlichen auf Höhe des Stators 9 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 18 des zweiten Planetenradsatzes 5 in Radialrichtung R innerhalb des Rotors 10 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen.The first planetary gear set 4 has a first sun gear 11, a first planet carrier 12 with first planet gears 13 rotatably mounted thereon, and a first ring gear 14. The first planetary gear set 4 is designed as a minus planetary gear set. The first planet gears 13 mesh with both the first sun gear 11 and the first ring gear 14. As previously described, the first planetary gear set 4 is provided radially outside the electric drive device 6, so that in a radial direction R of the hub drive 1, the stator 9, the rotor 10, the first sun gear 11, the first planet gears 13, and the first ring gear 14 are arranged one behind the other in this order. The second planetary gear set 5 comprises a second sun gear 15, a second planet carrier 16 with second planet gears 17 rotatably mounted thereon and a second ring gear 18. The second planetary gear set 5 is arranged in the radial direction R of the hub drive 1 essentially at the level of the stator 9 of the electric drive device 6. In the present embodiment, the second ring gear 18 of the second planetary gear set 5 is provided in the radial direction R within the rotor 10 of the electric drive device 6.

Darüber hinaus umfasst der Nabenantrieb 1 die Schalteinrichtung 7, die in der vorliegenden Ausführungsform als formschlüssige Schalteinrichtung, genauer gesagt als Klauenschaltung, ausgebildet ist. Die Schalteinrichtung 7 ist in Radialrichtung R des Nabenantriebs 1 in etwa auf der Mitte des Stators 9 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 angeordnet. Mittels der Schalteinrichtung 7 können unterschiedliche Komponenten des Nabenantriebs 1 drehfest miteinander verbunden werden, wobei die Schalteinrichtung 7 hierfür eine oder mehrere Schaltkomponenten, beispielsweise eine oder mehrere Klauen, aufweisen kann.In addition, the hub drive 1 comprises the switching device 7, which in the present embodiment is designed as a positive switching device, more precisely as a claw switch. The switching device 7 is arranged in the radial direction R of the hub drive 1 approximately on the middle of the stator 9 of the electric drive device 6. By means of the switching device 7, different components of the hub drive 1 can be connected to one another in a rotationally fixed manner, wherein the switching device 7 can have one or more switching components for this purpose, for example one or more claws.

Ferner umfasst der Nabenantrieb 1 einen Abtrieb 19, der in der vorliegenden Ausführungsform permanent drehfest mit dem Hinterrad 8 sowie dem ersten Planetenträger 12 des ersten Planetenradsatzes 4 verbunden ist. In Axialrichtung A des Nabenantriebs 1 ist der Abtrieb 19 auf gleicher axialer Bauhöhe wie das Hinterrad 8 und auf axialer Höhe des der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 abgewandten Endes der Schalteinrichtung 7 vorgesehen.Furthermore, the hub drive 1 comprises an output 19, which in the present embodiment is permanently connected in a rotationally fixed manner to the rear wheel 8 and the first planet carrier 12 of the first planetary gear set 4. In the axial direction A of the hub drive 1, the output 19 is provided at the same axial height as the rear wheel 8 and at the axial height of the end of the switching device 7 facing away from the electric drive device 6.

Das zweite Sonnenrad 15 des zweiten Planetenradsatzes 5 ist in der vorliegenden Ausführungsform permanent drehfest mit dem Rotor 10 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 verbunden. Der zweite Planetenträger 16 des zweiten Planetenradsatzes 5 ist in der vorliegenden Ausführungsform permanent drehfest mit dem ersten Hohlrad 14 des ersten Planetenradsatzes 4 verbunden. Das zweite Hohlrad 18 des zweiten Planetenradsatzes 5 ist permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Wie zuvor ausgeführt, ist der erste Planetenträger 12 des ersten Planetenradsatzes 4 permanent drehfest mit dem Abtrieb 19 des Nabenantriebs 1 verbunden.The second sun gear 15 of the second planetary gear set 5 is in the present embodiment permanently rotationally fixed to the rotor 10 the electric drive device 6. The second planet carrier 16 of the second planetary gear set 5 is in the present embodiment permanently connected in a rotationally fixed manner to the first ring gear 14 of the first planetary gear set 4. The second ring gear 18 of the second planetary gear set 5 is permanently fixed in a rotationally fixed manner to the housing 3. As previously stated, the first planet carrier 12 of the first planetary gear set 4 is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output 19 of the hub drive 1.

Über die Schalteinrichtung 7 können drei unterschiedliche Gänge, also drei voneinander verschiedene Übersetzungsverhältnisse, zwischen der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 und dem Abtrieb 19 geschaltet werden. Die Schaltung erfolgt dabei in der vorliegenden Ausführungsform mittels der Steuereinrichtung 20, die als elektrische Steuereinrichtung mit einem Mikrocontroller ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung 20 ist eingerichtet, um die verschiedenen Gänge des Nabenantriebs 1 über die Schalteinrichtung 7 automatisch zu schalten. Hierfür empfängt die Steuereinrichtung 20 einen geforderten Unterstützungsgrad oder ermittelt diesen selbst und schaltet auf dieser Basis mittels der Schalteinrichtung 7 einen der drei Gänge des Nabenantriebs 1. Zur Bereitstellung eines ersten Gangs des Nabenantriebs 1 ist die Steuereinrichtung 20 eingerichtet, um mittels der Schalteinrichtung 7 das erste Sonnenrad 11 des ersten Planetenradsatzes 4 drehfest mit der Zentralachse 2 zu verbinden. Da die Zentralachse 2 permanent drehfest mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, wird mittels der Schalteinrichtung 7 in diesem ersten Gang damit auch das erste Sonnenrad 11 des ersten Planetenradsatzes 4 drehfest mit dem Gehäuse 3 verbunden. Die Steuereinrichtung 20 ist ferner eingerichtet, um über die Schalteinrichtung 7 einen zweiten Gang zu schalten. In dem zweiten Gang wird mittels der Schalteinrichtung 7 das erste Sonnenrad 11 des ersten Planetenradsatzes 4 drehfest mit dem Abtrieb 19 und damit dem ersten Planetenträger 12 des ersten Planetenradsatzes 4 verbunden. Folglich ist in diesem zweiten Gang der erste Planetenradsatz 4 verblockt. Die Steuereinrichtung 20 ist ferner eingerichtet, um mit der Schalteinrichtung 7 einen dritten Gang zu schalten. In dem dritten Gang wird mittels der Schalteinrichtung 7 das erste Sonnenrad 11 des ersten Planetenradsatzes 4 drehfest mit dem Rotor 10 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 verbunden.Three different gears, i.e. three different gear ratios, can be switched between the electric drive device 6 and the output 19 via the switching device 7. In the present embodiment, the switching takes place by means of the control device 20, which is designed as an electrical control device with a microcontroller. The control device 20 is set up to automatically switch the various gears of the hub drive 1 via the switching device 7. For this purpose, the control device 20 receives a required level of assistance or determines this itself and, on this basis, switches one of the three gears of the hub drive 1 using the switching device 7. To provide a first gear of the hub drive 1, the control device 20 is set up to connect the first sun gear 11 of the first planetary gear set 4 to the central axis 2 in a rotationally fixed manner using the switching device 7. Since the central axis 2 is permanently connected to the housing 3 in a rotationally fixed manner, the first sun gear 11 of the first planetary gear set 4 is also rotationally fixedly connected to the housing 3 by means of the switching device 7 in this first gear. The control device 20 is also set up to shift a second gear via the switching device 7. In the second gear, the first sun gear 11 of the first planetary gear set 4 is rotationally fixedly connected to the output 19 and thus to the first planet carrier 12 of the first planetary gear set 4 by means of the switching device 7. Consequently, the first planetary gear set 4 is blocked in this second gear. The control device 20 is also set up to shift a third gear using the switching device 7. In the third gear, the first sun gear 11 of the first planetary gear set 4 is rotationally fixedly connected to the rotor 10 of the electric drive device 6 by means of the switching device 7.

Folglich wird durch den Nabenantrieb 1 der vorliegenden Erfindung ein Dreigangradnabengetriebe mit einer Außenläufermaschine bereitgestellt. Neben dem durch die elektrische Antriebsvorrichtung 6 bereitgestellten Drehmoment kann ein Drehmoment durch die Muskelkraft eines Fahrers des Fahrrads 50 auf den Abtrieb 19 übertragen werden, wie oben ausgeführt. Hierfür weist die Antriebseinrichtung 1 mehrere Ritzel 22 auf, die permanent drehfest mit dem Abtrieb 19 verbunden sind. Wie zuvor ausgeführt, können über die Ritzel 22 und die Kette 56 unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Kettenblatt 54 und dem Hinterrad 8 geschaltet werden. Darüber hinaus umfasst der Nabenantrieb 1 eine Bremseinrichtung 21, die vorliegend als reibschlüssige Trommelbremse ausgebildet ist. Die Bremseinrichtung 21 kann durch die Steuereinrichtung 20 betätigt werden, um eine drehfeste Verbindung zwischen dem Abtrieb 19 und dem zweiten Hohlrad 18 herzustellen. Da das zweite Hohlrad 18, wie oben beschrieben, permanent drehfest mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, kann durch Betätigung der Bremseinrichtung 21 das Hinterrad 8 und damit das Fahrrad 50 gebremst werden.Consequently, the hub drive 1 of the present invention provides a three-speed hub transmission with an external rotor machine. In addition to the torque provided by the electric drive device 6, a torque can be transmitted to the output 19 by the muscle power of a rider of the bicycle 50, as explained above. For this purpose, the drive device 1 has several pinions 22 which are permanently connected to the output 19 in a rotationally fixed manner. As previously explained, different gear ratios can be switched between the chainring 54 and the rear wheel 8 via the pinions 22 and the chain 56. In addition, the hub drive 1 comprises a braking device 21, which in this case is designed as a frictional drum brake. The braking device 21 can be actuated by the control device 20 in order to establish a rotationally fixed connection between the output 19 and the second ring gear 18. Since the second ring gear 18, as described above, is permanently connected to the housing 3 in a rotationally fixed manner, the rear wheel 8 and thus the bicycle 50 can be braked by actuating the braking device 21.

Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 1 einen Wechselrichter 23, der vorliegend koaxial zur Zentralachse 2 und radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 5 vorgesehen ist. Der Wechselrichter 23 ist elektrisch mit dem Stator 9 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 verbunden. Ferner ist der Wechselrichter 23 elektronisch mit der Steuereinrichtung 20 verbunden, über welchen dieser gesteuert werden kann, um elektrische Energie von der Batterie 52 der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 oder von der elektrischen Antriebsvorrichtung 6 der Batterie 52 zuzuführen. Genauer gesagt bilden die elektrische Antriebsvorrichtung 6 und der Wechselrichter 23 vorliegend eine Rekuperationseinrichtung, über welche Energie über das Hinterrad 8 des Fahrrads 50 rekuperiert und der Batterie 52 zugeführt werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Reichweite des Fahrrads 50 aus.In addition, the drive device 1 comprises an inverter 23, which in this case is provided coaxially to the central axis 2 and radially within the second planetary gear set 5. The inverter 23 is electrically connected to the stator 9 of the electric drive device 6. Furthermore, the inverter 23 is electronically connected to the control device 20, via which it can be controlled in order to supply electrical energy from the battery 52 to the electric drive device 6 or from the electric drive device 6 to the battery 52. More precisely, the electric drive device 6 and the inverter 23 form a recuperation device, via which energy can be recuperated via the rear wheel 8 of the bicycle 50 and supplied to the battery 52. This has a beneficial effect on the range of the bicycle 50.

Die Steuereinrichtung 20 ist eingerichtet, um das im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Verfahren zum Betreiben des Fahrrads 50 auszuführen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verfahren während des Rekuperierens von Energie mittels der Rekuperationseinrichtung 6, 23 ausgeführt. Vor dem Ausführen des im folgenden beschriebenen Verfahrens kann das Verfahren demnach einen Schritt des Prüfens umfassen, ob mit der Rekuperationseinrichtung 6, 23 Energie rekuperiert wird. Nur wenn das der Fall ist, kann das Verfahren anschließend zu einem ersten Schritt I übergehen. In dem ersten Schritt I des Verfahrens erfasst die Steuereinrichtung 20 über die Drehzahlsensoren 57 und 58 die Drehzahlen des Vorderrades 53 und des Hinterrads 8. In diesem Schritt I ermittelt die Steuereinrichtung 20 ferner eine Differenzgröße zwischen dem Vorderrad 53 und dem Hinterrad 8, vorliegend eine Differenzdrehzahl und alternativ oder zusätzlich eine Differenzbeschleunigung.The control device 20 is designed to control the following with reference to 3 to carry out the method described for operating the bicycle 50. In the present embodiment, the method is carried out during the recuperation of energy by means of the recuperation device 6, 23. Before carrying out the method described below, the method can therefore include a step of checking whether energy is being recuperated using the recuperation device 6, 23. Only if this is the case can the method then proceed to a first step I. In the first step I of the method, the control device 20 detects the speeds of the front wheel 53 and the rear wheel 8 via the speed sensors 57 and 58. In this step I, the control device 20 also determines a difference between the front wheel 53 and the rear wheel 8, in this case a difference speed and alternatively or additionally a difference acceleration.

In einem Folgeschritt II vergleicht die Steuereinrichtung 20 die in Schritt I ermittelte Differenzdrehzahl und/oder die in Schritt I ermittelte Differenzbeschleunigung mit einer Grenzgröße, beispielsweise einer Grenzdifferenzdrehzahl und/oder einer Grenzdifferenzbeschleunigung. Überschreitet die Differenzdrehzahl und/oder die Differenzbeschleunigung den jeweiligen Grenzwert, liegt also eine unzulässige Abweichung der ermittelten Differenzgröße von der Grenzgröße vor, so geht das Verfahren über zu Schritt III. Andernfalls kehrt das Verfahren zurück zu Schritt I. In Schritt III steuert die Steuereinrichtung 20 die Rekuperationseinrichtung 6, 23, genauer gesagt die elektrische Antriebsvorrichtung 6 und/oder den Wechselrichter 23 derart an, dass die Abweichung der Differenzgröße von der Grenzgröße verringert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Rekuperationseinrichtung 6, 23 durch die Steuereinrichtung 20 dabei derart angesteuert, dass das Rekuperationsmoment reduziert wird. Durch Reduktion des Rekuperationsmoments während des Rekuperierens von Energie kann nämlich eine Differenzdrehzahl und/oder eine Differenzbeschleunigung zwischen dem Vorderrad 53 und dem Hinterrad 8 reduziert werden. Anschließend kehrt das Verfahren zurück zu Schritt I.In a subsequent step II, the control device 20 compares the differential speed determined in step I and/or the differential speed determined in step I. acceleration with a limit value, for example a limit difference speed and/or a limit difference acceleration. If the difference speed and/or the difference acceleration exceeds the respective limit value, i.e. if there is an impermissible deviation of the determined difference value from the limit value, the method goes to step III. Otherwise, the method returns to step I. In step III, the control device 20 controls the recuperation device 6, 23, more precisely the electric drive device 6 and/or the inverter 23, in such a way that the deviation of the difference value from the limit value is reduced. In the present embodiment, the recuperation device 6, 23 is controlled by the control device 20 in such a way that the recuperation torque is reduced. By reducing the recuperation torque during the recuperation of energy, a difference speed and/or a difference acceleration between the front wheel 53 and the rear wheel 8 can be reduced. The method then returns to step I.

Darüber hinaus kann das Verfahren ein Empfangen IV eines Bremsbefehls aufweisen. Der Bremsbefehl kann der Steuereinrichtung 20 von außerhalb, beispielsweise durch einen Fahrer des Fahrrads 50, zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 20 diesen Bremsbefehl auch selbst geben, beispielsweise basierend auf einem oder mehreren Messwerten. Empfängt die Steuereinrichtung 20 solch einen Bremsbefehl in Schritt IV, so steuert sie in einem darauffolgenden Schritt V zunächst die Rekuperationseinrichtung 6, 23 an, um das Fahrrad 50 durch das Rekuperieren von Energie, also durch das Zuführen von elektrischer Energie zu der Batterie 52, abzubremsen. In einem Folgeschritt VI wird durch die Steuereinrichtung 20 nun ermittelt, was für eine Bremsleistung durch die Rekuperationseinrichtung 6, 23 bereitstellbar ist. Die durch die Rekuperationseinrichtung 6, 23 bereitstellbare Bremsleistung wird mit einer angeforderten Bremsleistung verglichen. Kann die angeforderte Bremsleistung vollständig durch die Rekuperationseinrichtung 6, 23 bereitgestellt werden, so kehrt das Verfahren zurück zu Schritt V. Andernfalls wird zur Unterstützung der Rekuperationseinrichtung 6, 23 durch die Steuereinrichtung 20 zusätzlich in einem Schritt VII die Bremseinrichtung 21 betätigt, um das Fahrrad 50 mit der angeforderten Bremsleistung zu bremsen. Anschließend kehrt das Verfahren zurück zu Schritt V.In addition, the method can comprise receiving IV a braking command. The braking command can be supplied to the control device 20 from outside, for example by a rider of the bicycle 50. Alternatively or additionally, the control device 20 can also give this braking command itself, for example based on one or more measured values. If the control device 20 receives such a braking command in step IV, it first controls the recuperation device 6, 23 in a subsequent step V in order to brake the bicycle 50 by recuperating energy, i.e. by supplying electrical energy to the battery 52. In a subsequent step VI, the control device 20 now determines what kind of braking power can be provided by the recuperation device 6, 23. The braking power that can be provided by the recuperation device 6, 23 is compared with a requested braking power. If the requested braking power can be provided completely by the recuperation device 6, 23, the method returns to step V. Otherwise, in order to support the recuperation device 6, 23, the control device 20 additionally actuates the braking device 21 in a step VII in order to brake the bicycle 50 with the requested braking power. The method then returns to step V.

Bezugszeichenreference sign

11: Nabenantriebhub drive
22: Zentralachsecentral axis
33: GehäuseHousing
4,54.5: Planetenradsatzplanetary gear set
66: elektrische Antriebsvorrichtungelectric drive device
77: Schalteinrichtungswitching device
88: Hinterradrear wheel
99: Statorstator
1010: Rotorrotor
11,1511.15: Sonnenradsun gear
12,1612.16: Planetenträgerplanet carrier
13,1713:17: Planetenradplanetary gear
14,1814.18: Hohlradring gear
1919: Abtriebdownforce
2020: Steuereinrichtungcontrol device
AA: Axialrichtungaxial direction
RR: Radialrichtungradial direction
2121: Bremseinrichtungbraking system
2222: Ritzelpinion
2323: Wechselrichterinverter
5050: FahrradBicycle
5151: RahmenFrame
5252: Batteriebattery
5353: Vorderradfront wheel
5454: Kettenblattchainring
5555: Pedalpedal
5656: Endlosumlaufelementendless circulating element
57,5857.58: Drehzahlsensorspeed sensor
II: Ermitteln DifferenzgrößeDetermine difference size
IIII: Vergleichen Differenzgröße mit GrenzgrößeCompare difference size with limit size
IIIIII: Ansteuern Rekuperationseinrichtungcontrol recuperation system
IVIV: Empfangen BremsbefehlReceive brake command
VV: Bremsen mit Rekuperationseinrichtungbrakes with recuperation system
VIVI: Ermitteln BremsleistungDetermine braking power
VIIVII: Ansteuern Betriebsbremseactuating the service brake

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2019 003 060 A1 [0002]

Claims

Method for operating a human-powered vehicle (50) having at least two wheels (8, 53) and a recuperation device (6, 23) for recuperating energy via one of the wheels (8), comprising determining (I) a difference between the two wheels (8, 53), comparing (II) the determined difference with a limit value, and in the event of an impermissible deviation of the determined difference from the limit value, controlling (III) the recuperation device (6, 23) to reduce the deviation of the difference from the limit value.

procedure according to claim 1 , characterized in that determining (I) the difference between the two wheels (8, 53) comprises determining a difference between a rear wheel (8) and a front wheel (53) of a bicycle (50).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination (I) of the difference between the wheels (8, 53) comprises at least one of a determination of a difference in rotational speed and a determination of a difference in acceleration between the wheels (8, 53).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control (III) of the recuperation device (6, 23) comprises a control of the recuperation device for reducing a recuperation torque.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method comprises receiving (IV) a braking command and then controlling (V) the recuperation device (6, 23) for braking the muscle-powered vehicle (50).

procedure according to claim 5 , characterized in that the method comprises determining (VI) a braking power of the recuperation device (6, 23) and controlling (VII) a service brake (21) of the muscle-powered vehicle (50) when the braking power of the recuperation device (6, 23) is less than a requested braking power.

Control device (20) arranged to carry out the method according to one of the preceding claims.

Drive device (1) for a muscle-powered vehicle (50) with an electric drive device (6) which is designed to drive a wheel (8) of the muscle-powered vehicle (50) and to recuperate energy via the wheel (8), and a control device (20) according to claim 7 .

Drive device (1) according to claim 8 , characterized in that the drive device (1) is designed as a hub drive for a rear wheel (8) of a bicycle (50).

Muscle-powered vehicle (50) with a first and a second wheel (8, 53), a sensor device (57, 58) for detecting a rotational speed of the first and the second wheel (8, 53) and a drive device (1) according to claim 8 or 9 .