DE112011104916T5

DE112011104916T5 - Motorangetriebene Fahrradnabe und Motorsteuerung

Info

Publication number: DE112011104916T5
Application number: DE112011104916T
Authority: DE
Inventors: Brian Jordan
Original assignee: SRAM LLC
Current assignee: SRAM LLC
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2013-11-21
Also published as: WO2012125165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine motorangetriebene Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist: – eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist; – einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist, – wobei die Getriebeanordnung zum Betrieb in einem ersten Betriebsmodus, wenn sich der Motor in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht; – eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors, wobei der Motor von der Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit eines Geschwindigkeitsparameters dreht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugradantriebssystem und insbesondere ein Fahrzeugradantriebssystem, das einen Motor und eine Getriebeanordnung umfasst, wobei die Getriebeanordnung zum Bereitstellen wenigstens einer ersten Vorwärtsraddrehzahl, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung dreht, und einer zweiten Vorwärtsraddrehzahl ausgebildet ist, wenn sich der Motor in einer zweiten Richtung dreht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerung zum Steuern eines derartigen Fahrzeugradantriebssystems.
Fahrzeugradantriebssysteme und insbesondere Fahrzeugradantriebssysteme, die bei lenkergesteuerten Fahrzeugen wie Fahrrädern zum Einsatz kommen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Seit kurzer Zeit werden derartige Antriebssysteme entwickelt, die einen zusätzlichen Motor zum Bereitstellen einer Unterstützungskraft für den Fahrer aufweisen. Fahrräder, die mit einem derartigen Antriebssystem ausgerüstet sind, werden E-Bikes, d. h. Elektrofahrräder, genannt. Derartige Antriebssysteme sind aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 204 316 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein Fahrzeugradantriebssystem, das einen Motor und eine Getriebeanordnung umfasst, wobei die Getriebeanordnung zum Bereitstellen wenigstens einer ersten Vorwärtsraddrehzahl, wenn sich der Motor in einer ersten Richtung dreht, und wenigstens einer zweiten Vorwärtsraddrehzahl ausgebildet ist, wenn sich der Motor in einer zweiten Richtung dreht.
Abriss der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem zum Antreiben eines Fahrzeugrads in einer Vorwärtsrichtung mit verschiedenen Drehzahlen bereitzustellen, wobei das Antriebssystem eine weiche Betätigung und einen Schaltbetrieb bereitstellt, der von der Ist-Antriebssituation abhängt.
Diese Aufgabe wird durch eine motorangetriebene Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, gelöst, wobei die motorangetriebene Nabe umfasst:

– eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung ausgebildet ist;
– einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist;
– wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn sich der Motor in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht, und
– eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors,

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Rotationsrichtung des Motors der motorangetriebenen Nabe basierend auf einem Geschwindigkeitsparameter gesteuert, der sich auf die motorangetriebene Nabe bezieht. Der Geschwindigkeitsparameter stellt die Drehzahl des Motors oder die Drehzahl eines Abtriebelements der motorangetriebenen Nabe oder die Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs dar. Der Geschwindigkeitsparameter kann von einem Drehzahlsensor bereitgestellt werden, der zum Bestimmen der Drehzahl des Motors oder der Drehzahl des Abtriebelements der motorangetriebenen Nabe oder der Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs ausgebildet ist. Alternativ kann der Geschwindigkeitsparameter basierend auf wenigstens einem Betriebsparameter der motorangetriebenen Nabe oder des Fahrzeugs berechnet werden.
Das Getriebe kann einen oder mehrere erste Antriebsgänge zum Übertragen einer kombinierten Antriebskraft von einem Antriebselement und dem Motor auf eine Nabenhülle über verschiedene Getriebepfade aufweisen, wenn der Motor sich in der ersten Richtung dreht. Ferner kann das Getriebe einen oder mehrere zweite Antriebsgänge zum Übertragen einer kombinierten Antriebskraft von einem Antriebselement und dem Motor auf eine Nabenhülle über mehrere verschiedene Getriebepfade übertragen, wenn der Motor sich in der zweiten Richtung dreht. Schaltmittel können dem Getriebe zugeordnet sein, um einen der verschiedenen ersten und zweiten Gänge automatisch oder durch die Auswahl eines Fahrers auszuwählen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die motorangetriebene Nabe ferner einen Speicher auf, in dem erste und zweite Geschwindigkeitsparametergrenzwerte gespeichert sind, wobei die Motorsteuerung den Motor von dem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, zu dem Zustand schaltet, in dem er sich in der zweiten Richtung dreht, wenn der Geschwindigkeitsparameter einen ersten Geschwindigkeitsparametergrenzwert überschreitet, und wobei die Motorsteuerung den Motor zum Rotieren von dem Zustand, in dem er in der zweiten Richtung rotiert, zu dem Zustand schaltet, in dem er in der ersten Richtung rotiert, wenn der Geschwindigkeitsparameter unter einen zweiten Geschwindigkeitsparametergrenzwert fällt. Gemäß dieser Ausführungsform ist es erfindungsgemäß möglich, dass der erste Parametergrenzwert von dem gleichen oder einem höheren Betrag ist als der zweite Parametergrenzwert.
Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung kann die motorangetriebene Nabe einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last aufweisen, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird. Diese Last kann von einem Fahrer durch Ausüben einer Antriebskraft auf die Pedale erzeugt werden, die über ein Kettenrad und eine Kette und einem mit einem Antriebselement der motorangetriebenen Nabe gekoppelten Ritzel übertragen wird. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Motorsteuerung die Stromzufuhr steuert, die den Motor basierend auf der von dem Lastsensor erfassten externen Last zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Lastsensor einen Drehmomentsensor auf, der mit einem Antriebselement der motorangetriebenen Nabe zum Erfassen des externen Drehmoments gekoppelt ist, das auf das Antriebselement ausgeübt wird. Insbesondere ist es möglich, dass die Antriebsnabe einen Antriebsring umfasst, der mit dem Antriebselement in einer drehmomentübertragenden Weise mittels einer Federanordnung gekoppelt ist, wobei die Federanordnung zum Zulassen einer Relativbewegung zwischen der Antriebsnabe und dem Antriebsring in Abhängigkeit des externen Ist-Drehmoments auslenkbar ist, das auf das Antriebselement ausgeübt wird. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit der externen Ist-Last (d. h. dem Drehmoment), die auf das Antriebselement ausgeübt wird, die Federanordnung bis zu einem bestimmten Grad ausgelenkt, was in einer Relativbewegung zwischen der Antriebsnabe und dem Antriebsring resultiert. Der Betrag dieser Relativbewegung kann erfasst werden, um das Antriebsdrehmoment zu ermitteln, das die auf das Antriebselement ausgeübte externe Last anzeigt. Haltepunkte können zwischen dem Antriebselement und dem Antriebsring vorgesehen sein, um die Relativbewegung zueinander zu begrenzen.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das Antriebselement und der Antriebsring von Permanentmagneten gebildet werden, die wenigstens einen magnetischen Nordpol und einen Südpol an einer Erfassungsfläche aufweisen, wobei wenigstens ein magnetischer Sensor jedem von Antriebselement und Antriebsring zum Erfassen der Ist-Rotationsposition zugeordnet ist. Dabei wird die Winkelposition des magnetischen Antriebselements und des magnetischen Antriebsrings basierend auf einer Phasenverschiebung der Ausgabesignale der magnetischen Sensoren ermittelt. Insbesondere kann der wenigstens eine magnetische Sensor von einem Hallsensor oder einem Reedsensor gebildet werden. Es sind jedoch auch andere Typen von magnetischen Sensoren denkbar.
Basierend auf den von den magnetischen Sensoren empfangenen Signalen, die Hinweise auf die Ist-Relativposition des Antriebsrings und des Antriebselements bereitstellt, verwendet die Motorsteuerung ein Pulsweitenmodulationsschema, um die Stromzufuhr zu steuern, die dem Motor zugeführt wird.
Als eine Alternative zu einer Steuerung, die auf dem Geschwindigkeitsparameter basiert, betrifft die Erfindung ferner eine motorangetriebene Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist:

– eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist;
– einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist,
– die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn sich der Motor in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht,
– einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird, und
– eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors, wobei der Motor von der Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in einer ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in einer zweiten Richtung in Abhängigkeit einer von dem Lastsensor erfassten externen Last dreht.

Um Erschütterungen in dem Motor zu vermeiden, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass dann, wenn zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung geschalten wird, der Motor verlangsamt oder in einem Bremsmodus gebremst wird. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Motor in einem Bremsmodus betreibbar ist, in dem er als Generator arbeitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Motor deaktiviert, falls das Fahrzeug oder die motorangetriebene Nabe oder das Antriebselement in Rückwärtsrichtung bewegt wird.
Die motorangetriebene Nabe gemäß der Erfindung kann ferner einen thermischen Sensor zum Überwachen der Temperatur des Motors aufweisen, wobei der Motor in Abhängigkeit der von dem thermischen Sensor erfassten Ist-Temperatur gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Motorsteuerung zum Steuern einer motorangetriebenen Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist:

– eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist;
– einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist;
– wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in einer zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, wobei die Motorsteuerung den Motor zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltet, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsparameter dreht.

Als eine Alternative betrifft die Erfindung eine Motorsteuerung zum Steuern einer motorangetriebenen Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist:

– eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung ausgebildet ist;
– einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist,
– wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in einer zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht,
– einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird, wobei der Motor von der Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit der von dem Lastsensor erfassten externen Last dreht.

Kurzbeschreibung der Figuren
Es stellen dar:
1 eine Querschnittsansicht des Fahrzeugantriebssystems;
2 eine Teilquerschnittsansicht des Antriebssystems gemäß 1;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A in 2;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B in 2;
5–7 verschiedene Signalverläufe, die von den ersten und den zweiten Hallsensoren in verschiedenen Antriebssituationen bereitgestellt werden;
8 eine Querschnittsansicht, ähnlich zu 1;
9 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in 2 in einem ersten Zustand;
10 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in 2 in einem zweiten Zustand; und
11 eine Seitenansicht eines Fahrrads, das ein Fahrzeugradantriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
Detaillierte Beschreibung
Die motorangetriebene Fahrzeugnabe gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Die Antriebsnabe 10 ist zum Befestigen an dem Hinterrad 202 eines Fahrrads 200 (11) ausgebildet und umfasst ein Antriebszahnrad 12, das über eine Kette 206, einen Riemen oder ein ähnliches Mittel mit einer vorderen Kurbelanordnung 204 verbunden ist. Die Antriebsnabe 10 umfasst einen Motor 14, ein Untersetzungsgetriebe 16, eine Motorsteuerung 18, und einen Eingangsdrehmomentsensor 20.
Das Antriebssystem 10 kann mit verschiedenen Typen von lenkergesteuerten Kraftfahrzeugen, wie Rollern oder Dreirädern oder anderen Kraftfahrzeugen wie z. B. Automobilen verwendet werden. Die Radnabe 10 umfasst eine Nabenachse 22, die nicht-drehbar an einem Rahmen 205 des Fahrrads 200 anbringbar ist, und eine Nabenhülle 36 bzw. ein Nabengehäuse 36, die den elektrischen Motor 14 und die Getriebeanordnung 16 einschließt. Die Nabenhülle 36 umfasst äußere Flansche, die Öffnungen zum Aufnehmen der Enden der Speichen 203 umfassen. Die Speichen 203 verbinden die Nabenhülle 36 mit einer Außenfelge 207 des Fahrradrads 202. Kugellager sind zwischen der Nabenhülle 36 und der Nabenachse 22 angeordnet.
Die Antriebsnabe 10 umfasst eine Achse 22 und Achsmutter 23, 24, wobei die Achsmuttern 23, 24 zum Anbringen der Antriebsnabe 10 an einer hinteren Gabel eines Fahrradrahmens verwendet werden. Das Antriebszahnrad 12 ist mit einem Antriebselement 26 über Vorsprünge gekoppelt und mit einem Drahtring oder ähnlichem daran gesichert. Eine Antriebsfeder 28 ist zwischen den Anschlägen 27, 29 des Antriebsmittels 26 und eines Antriebsrings 30 angeordnet. Eine Einwegkupplung 31 ist zwischen dem Antriebsring 30 und einer Nabenhülle 36 angeordnet. Ein erster magnetischer Ring 32 ist zum Rotieren mit dem Antriebselement 26 gekoppelt. Ein zweiter Magnetring 34 ist zum Rotieren mit dem Antriebsring 30 gekoppelt. Wenn ein Drehmoment auf das Antriebszahnrad 12 ausgeübt wird, verdreht sich der erste Magnetring 32 relativ zu dem zweiten Magnetring 34 aufgrund der Komprimierung der Antriebsfeder 28, die zwischen dem Antriebselement 26 und dem Antriebsring 30 angeordnet ist.
Der Motor 14 ist zum Antreiben der Nabenhülle 36 über ein Mehrganggetriebe ausgebildet. Wenn sich der Motor in einer ersten Richtung dreht, treibt er die Nabenhülle 36 mit einer ersten Untersetzung an. Wenn der Motor 14 sich in einer zweiten Richtung dreht, treibt er die Nabenhülle 36 mit einer zweiten Untersetzung an. Die Antriebsnabe 10 ist ebenfalls zum freien Rotieren in Vorwärtsrichtung fähig, wenn der Motor 14 ausgeschalten ist und sich nicht dreht.
Dieses Antriebsverfahren ist im Detail in der europäischen Patentanmeldung EP 2 204 316 A1 der Anmelderin beschrieben. Der Inhalt der europäischen Patentanmeldung EP 2 204 316 A1 wird hiermit durch Bezug in diese Anmeldung aufgenommen.
Das Getriebe 16 umfasst zwei Stufen, eine erste Stufe und eine zweite Stufe (8). Die erste Stufe des Getriebes 16 wird von einem ersten Sonnenrad 40, das mit dem Ausgang des mit einem Rotor 42 verbundenen Motors 14 gekoppelt ist, einem von einem ersten Planetenträger 46 gehaltenen Satz von ersten Planetenzahnrädern 44, wobei die ersten Planetenzahnräder 44 mit dem ersten Sonnenrad 40 in Eingriff stehen, und einem ersten Ringzahnrad 48 gebildet, das mit den ersten Planetenzahnrädern 44 in Eingriff steht, wobei der ersten Planetenträger 46 an der Achse 42 befestigt ist. Die zweite Stufe des Getriebes 16 wird von einem zweiten Sonnenrad 50, das mit dem Ringzahnrad 48 einer ersten Stufe des Getriebes 16 gekoppelt ist, einem Satz von mit dem zweiten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden zweiten Planetenzahnrädern 52, einem mit einem Satz von zweiten Planetenzahnrädern 52 in Eingriff stehenden zweiten Ringzahnrad 54, wobei das zweite Ringzahnrad 54 zum Antreiben der Nabenhülle 36 gekoppelt ist, und einem zweiten Träger 56 gebildet wird, der die zweiten Planeten 52 trägt.
Der zweite Träger 56 ist mit einem Kurvenelement 58 gekoppelt. Eine innere Rollenkupplung 60 ist zwischen dem Kurvenelement 58/dem zweiten Träger 56 und der Achse 22 angeordnet. Eine Außenrollenkopplung 80 ist zwischen dem Kurvenelement 58/dem zweiten Träger 56 und dem zweiten Sonnenrad 50 angeordnet. Wenn der Motor in einer ersten Richtung betrieben wird, ist der Träger 56 der zweiten Stufe mit der Achse 22 verriegelt und beide Untersetzungsstufen sind aktiv, um eine erste Gesamtuntersetzung bereitzustellen. Wenn der Motor 14 in einer zweiten Richtung betrieben wird, ist der Träger 56 der zweiten Stufe mit dem zweiten Sonnenrad 50 verriegelt, um die zweite Stufe wirksam 1:1 einzustellen und eine zweite Gesamtuntersetzung bereitzustellen.
Details der inneren Kugelkupplung 60 und der äußeren Kugelkupplung 80 sind in den 9 und 10 gezeigt. Die innere Kugelkupplung 60 wird von einer an einem Ring 64 ausgebildeten inneren Rille 62, wobei der Ring 64 mit der Achse 22 verriegelt ist, einer an der Nocke 58 ausgebildeten inneren Rampe 66, einem inneren Abstandshalter 68 mit Schlitzen 70 zur Aufnahme der inneren Kugeln 72, und einem inneren Reibungselement 74 zwischen dem inneren Abstandshalter 68 und dem Ring 64 gebildet. Wie in 9 gezeigt ist, werden, wenn sich das Kurvenelement 58 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Ring 64 dreht, die inneren Kugeln 72 gegen den inneren Abstandshalter 68 und das innere Reibungselement 70 gedrückt, was das Kurvenelement 58 mit dem Ring 64 und der Achse 22 verriegelt.
Die äußere Kugelkupplung 80 wird von einer an dem zweiten Sonnenrad ausgebildeten äußeren Rille 82, einer an dem Kurvenelement 58 ausbildeten äußeren Rampe 84, einem äußeren Abstandshalter 86 mit Schlitzen 88 zur Aufnahme der äußeren Kugel 90 und einem Reibungselement 92 zwischen dem äußeren Abstandshalter 68 und der Außenrille 82 gebildet. Wie in 10 gezeigt ist, werden, wenn sich das zweite Sonnenrad 50 gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Kurvenelement 58 dreht, die von dem äußeren Abstandshalter 86 und dem äußeren Reibungselement 92 gedrückten äußeren Kugel 90 das zweiten Sonnenrad mit dem Kurvenelement 58 verriegeln.
Das Kurvenelement 58 hat eine Tasche 94 zur Aufnahme eines Reglers 96. Der Regler 96 hat einen ersten Arm 98, der sich an eine Fläche des inneren Abstandshalters 68 anlegt, und einen zweiten Arm 100, der sich an eine Fläche des äußeren Abstandshalters 86 anlegt. Der Regler 96, die innere Rille 68, die äußere Rille 86 und das Kurvenelement 58 sind derart ausgebildet, dass die äußere Kupplung und die innere Kupplung nicht zur selben Zeit verriegelt sein können. Dies lässt ein Rückwärtsrollen des Fahrrads zu.
Das Getriebe 16 ist zum Zulassen eines Rückwärtsrollens des Fahrrads im zweiten Gang (das zweite Sonnenrad 50 ist mit dem Kurvenelement 58 verriegelt) ausgebildet. Der zweite Gang besitzt eine kleinere Untersetzung und lässt ein Rückwärtsrollen des Fahrrads mit wenig Aufwand zu.
Die Motorsteuerung 18 umfasst eine Motorantriebsschaltung, einen Mikroprozessor, einen Speicher und einen Drehmomentsensor 20. Die Motorsteuerung 18 kann an einem Motorstarter 110 oder der Achse 22 befestigt werden.
Die Drehmomentsensorschaltung 20 umfasst einen ersten Hallsensor 112, der zum Sensieren einer Winkelposition des ersten Magnetrings 32 ausgebildet ist, und einen zweiten Hallsensor 14, der zum Sensieren der Winkelposition des zweiten Magnetrings 34 (2) ausgebildet ist. Die Fläche von jedem Magnetring umfasst wenigstens einen Nordpol N und einen Südpol S (4). Die Pole sind relativ zu den Hallsensoren 112, 114 versetzt, um Quadratursignale (5) zu erzeugen. So kann die Motorsteuerung 18 feststellen, ob die Kurbel über die Pedale vorwärts oder rückwärts angetrieben wird (7). Wenn der Fahrer mehr Kraft auf die Pedale ausübt, wird ein größeres Drehmoment auf das Eingangszahnrad 12 ausgeübt, was eine Ablenkung der Antriebsfeder 28 verursacht. Da sich die Antriebsfeder 28 verschiebt, liegt eine Phasenverschiebung relativ zu den beiden Signalen der ersten und der zweiten Hallsensoren 112, 114 vor. Die Phasenverschiebungen werden durch die Dimension A und die Dimension B in den 4 und 5 dargestellt. In diesen Figuren wird ersichtlich, dass durch eine Erhöhung der externen Last sich die Phasenverschiebungsdimensionen A und B verändern.
Obwohl der Drehmomentsensor gemäß dieser Ausführungsform Magnete und Hallsensoren zum Erzeugen eines Signals verwendet, können andere Mittel zum Erzeugen der Signale wie z. B. optische Sensoren, mechanische Schalter, usw. verwendet werden.
Der Mikroprozessor vergleicht die Phasenverschiebungswerte von der Drehmomentsensorschaltung mit den in dem Speicher gespeicherten Werten, um den Betrag der Unterstützung zu berechnen, den der Motor 14 der Nabenhülle 36 zuführen wird. Der Mikroprozessor sendet ein Signal zu der Motorsteuerungsschaltung, um dem Motor 14 den notwendigen elektrischen Strom bereitzustellen. Die Motorsteuerung 18 verwendet ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Schema, um den den Motorwindungen 120 zugeführten Strom zu steuern. Im Allgemeinen gilt, je höher das Eingangsdrehmoment ist, umso größer ist die Ablenkung der Antriebsfeder 28 und umso größer ist die Phasenverschiebung, so dass dem Motor 14 mehr Strom zugeführt werden muss.
Die Motorsteuerung 18 ist zum Ermitteln der Geschwindigkeit der Nabenhülle 36 ausgebildet. Diese kann mit einem Geschwindigkeitsmagnet 122 erreicht werden, der zum Rotieren mit der Nabenhülle 36 gekoppelt ist. Ein Magnetsensor 124, wie z. B. ein Hallsensor oder ein Reedschalter, wird verwendet, um das Intervall der Radrotation zu messen, und kann demnach die Rotationsgeschwindigkeit berechnen. Andere Mittel können verwendet werden, um die Nabenhüllendrehzahl zu ermitteln, wie z. B. optische Sensoren oder mechanische Schalter. Alternativ könnte die Motorsteuerung die Nabendrehzahl basierend auf der Motordrehzahl und dem Übersetzungsverhältnis berechnen, die der Steuerung bekannt sind. Die Steuerung enthält in ihrem Speicher einen Hochschaltdrehzahlgrenzwert und einen Herunterschaltdrehzahlgrenzwert.
Wenn die Nabendrehzahl unterhalb des Herunterschaltdrehzahlgrenzwerts ist, wird der Motor in einer ersten Richtung betrieben. Wenn die Nabendrehzahl den Hochschaltdrehzahlgrenzwert überschreitet, wird der Motor 14 in einer zweiten Richtung betrieben. Im Allgemeinen ist der Hochschaltdrehzahlgrenzwert höher als der Herunterschaltdrehzahlgrenzwert. Beide können jedoch auch gleich groß sein.
Wenn ein Gangwechsel erwünscht wird, muss der Motor 14 die Richtung ändern. Es ist bevorzugt, dass der Gangwechsel schnell genug von statten geht, dass der Fahrer keinen signifikanten Leistungsverlust bemerkt. Falls der Motor 14 jedoch zu schnell beschleunigt, kann eine Schock- bzw. Stoßlast Schäden an den Teilen verursachen, wenn der Motor mit dem Getriebe wieder in Eingriff gelangt. Wenn die Motorsteuerung 18 ermittelt, dass es Zeit für einen Gangwechsel ist, wird der Motor 14, der sich in einer ersten Richtung dreht, schnell auf eine Drehzahl von 0 oder nahe 0 durch Betreiben in einem Bremsmodus verlangsamt. Im Bremsmodus wirkt der sich drehende Motor 14 als Generator und die Energie wird von einigen oder allen der Motorwindungen 120, der Motorsteuerung 18 oder der Batterie absorbiert. Da sich der Motor 14 bei einer Drehzahl von 0 oder nahe 0 befindet, wird der Motor durch die Steuerung 18 in einer zweiten Richtung betrieben. Zunächst wird der Motor 14 in der zweiten Richtung mit einer ersten schnellen Beschleunigung angetrieben. Wenn die Steuerung 18 ermittelt, dass der Motor 14 nahe der Eingriffsdrehzahl ist, wird der Motor 14 mit einer zweiten langsameren Beschleunigung angetrieben. Dadurch wird sichergestellt, dass ein weicher Wieder-Eingriff erreicht wird. Es wird dabei verhindert, dass der Motor 14 eine Schocklast erzeugt, die Schäden an dem Getriebe 16 und unerwünschte Geräusche und Vibrationen verursachen kann. Die Steuerung 18 kann die Eingriffsdrehzahl durch Verwenden eines vorbestimmten Wertes aus dem Speicher oder mit einem Signal von dem Nabendrehzahlsensor 124 ermitteln.
Wenn der Fahrer sich rollen lässt bzw. im Leerlauf fährt und nicht in die Pedale tritt, wird sich die Nabenhülle 36 drehen, aber der Motor 14 wird abgeschaltet sein und sich nicht drehen. Während dieser Zeit überwacht die Motorsteuerung 18 die Nabendrehzahl. Wenn der Fahrer beginnt, in die Pedale zu treten und eine Last auf die Pedale ausübt, verwendet die Motorsteuerung 18 die gemessene Nabendrehzahl, um zu ermitteln, in welcher Richtung der Motor 14 betrieben werden sollte. Falls die Nabendrehzahl unterhalb eines in dem Speicher gespeicherten vorbestimmten ersten Wertes liegt, wird die Nabe 10 in einem ersten Gang betrieben. Falls die Drehzahl oberhalb eines in dem Speicher gespeicherten zweiten Wertes ist, wird die Nabe in dem zweiten Gang betrieben. Die ersten und zweiten Nabendrehzahlwerte können derselbe Wert sein. Der Motor 14 beginnt mit einer ersten schnellen Beschleunigung.
Wenn die Steuerung 18 ermittelt, dass die Motordrehzahl nahe der Eingriffsdrehzahl ist, wird der Motor mit einer zweiten niedrigeren Beschleunigung beschleunigt. Die Eingriffsdrehzahl kann von dem Nabendrehzahlsensor 124 oder von anderen Mitteln ermittelt werden.
Das Verhältnis der Beschleunigung des Motors 14 kann mit verschiedenen Verfahren gesteuert werden. Ein Verfahren ist das Steuern des Verhältnisses der Stromveränderungen. In diesem Fall würde der Motor 14 eine erste Rate der Stromveränderungen beginnen und zu einer zweiten Rate der Stromveränderung schalten, wenn der Motor 14 nahe dem Ineingriffgelangen mit dem Getriebe 16 ist.
Ein weiteres Merkmal der Motorsteuerung 18 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein weicher Pedalmodus. Wenn der Fahrer mit einer sehr niedrigen pulsierenden Last in die Pedale tritt, kann der Motor 14 kontinuierlich an- und ausgeschaltet werden, was eine erhebliche Abnutzung, Geräusche und Vibrationen verursacht. Um diesen unerwünschten Zustand auszuräumen, wird die Steuerung 18 dem Motor 14 einen minimalen Strombetrag zuführen, um das Getriebe 16 in Eingriff halten, einen weichen Betrieb beizubehalten und zum Reduzieren der Eingriffsverzögerung. Typischerweise ist dieser Betrag des zugeführten Stroms 1 Ampere.
Ein weiteres Merkmal der Motorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das der Motor 14 beim Rückwärtstreten ausgeschalten wird. Zu jeder Zeit, falls die Steuerung 18 ermittelt, dass die Pedale rückwärts bewegt werden, wird die Kraft des Motors abrupt unterbrochen. Die Motorsteuerung 18 kann die Tretrichtung durch Quadratursignale ermitteln, die von dem Drehmomentsensor 20 erzeugt wird, d. h. von den Hallsensoren oder anderen Mitteln.
Die Motorsteuerung 18 gemäß dieser Ausführungsform ist zwischen der Zahnradantriebsanordnung 26 und dem Motor 14 angeordnet. Der Motor 14 gemäß dieser Ausführungsform ist vom bürstenlosen Typ. Der Motor 14 hat einen Statorabschnitt 110, der an der Achse 22 angebracht (befestigt) ist, und einen Rotorabschnitt 42, der an einem um die Achse 22 rotierbaren Lager 130 angebracht ist. Die Innenfläche des Rotors 42 enthält Magnete 132. Die Motorsteuerung 18 ist mit Windungen 120 an dem Stator 110 über eine Antriebsleitung 134 verbunden und zum Antreiben des Motors 14 in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung ausgebildet. Die Steuerung 18 verwendet Motorpositionssensoren 140, wie z. B. Hallsensoren, die an einem Element angebracht sind, das in den Motor 14 hineinreicht, um die Winkelposition des Rotors 42 zu messen. Ein Motortemperatursensor 142 ist ebenfalls an der Motorsteuerung 18 angebracht. Die Steuerung 18 verwendet den Motortemperatursensor 142, um die Temperatur des Motors 14 zu überwachen. Falls die überwachte Motortemperatur eine in dem Speicher gespeicherte vorbestimmte Temperatur überschreitet, kann die Steuerung 18 temporär den dem Motor 14 zugeführten Strom reduzieren.
Die Motorsteuerung 18 umfasst ebenfalls einen thermischen Sensor, der die Temperatur der Motorsteuerung 18 überwacht. Falls die überwachte Temperatur eine in dem Speicher gespeicherte vorbestimmte Temperatur überschreitet, kann die Motorsteuerung 18 temporär den dem Motor 14 zugeführten Strom reduzieren.
Ein Kabel 144, das Stromleitungen 146 und optionale Datenleitungen 148 umfasst, verläuft durch die Lagerung der Nabenhülse 36 und wird in einem Schlitz 150 in der Achse 22 aufgenommen. Die Stromleitungen 146 sind elektrisch mit der Steuerung 18 verbunden, um der Motorsteuerung 18 Strom zuzuführen. Ein Kabelverbinder 152 ist an einem externen Ende des Kabels 144 angeordnet, um mit einer Stromquelle 145, wie z. B. einer Batterie, und optional mit einem Datenempfängermodul zu verbunden zu werden. Das Datenempfängermodul kann ein Display zum Anzeigen von Informationen von der Motorsteuerung 18, wie z. B. eine Raddrehzahl, ein derzeitiger Gang, eine Batteriespannung, eine verbleibende Batteriekapazität, Systemfehler, oder Fehlerzustände, Reisekilometer, usw. sein. Die Datenleitung 148 kann ebenfalls dazu verwendet werden, Betriebsparameter der Antriebsnabe 10, wie z. B. die Leistungsabgabe oder die maximale Unterstützungsdrehzahl zu verändern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2204316 A1 [0002, 0032, 0032]

Claims

Motorangetriebene Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist: – eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist; – einen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist, – wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn sich der Motor in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht; und – eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors, wobei der Motor von der Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit eines Geschwindigkeitsparameters dreht.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitsparameter die Drehzahl des Motors oder die Drehzahl eines Abtriebelements der motorangetriebenen Nabe oder die Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs darstellt.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsparameter von einem Drehzahlssensor bereitstellbar ist, der zum Bestimmen der Drehzahl des Motors, der Drehzahl eines Abtriebselements der motorangetriebenen Nabe oder der Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsparameter basierend auf wenigstens einem Betriebsparameter der motorangetriebenen Nabe oder des Fahrzeugs berechnet wird.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Speicher, in dem ein erster und ein zweiter Geschwindigkeitsparametergrenzwert gespeichert sind, wobei die Motorsteuerung den Motor von dem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, zu dem Zustand schaltet, in dem er sich in der zweiten Richtung dreht, wenn der Geschwindigkeitsparameter den ersten Geschwindigkeitsparametergrenzwert überschreitet, und wobei die Motorsteuerung den Motor zum Rotieren von dem Zustand, in dem er sich in der zweiten Richtung dreht, zu dem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, schaltet, wenn der Geschwindigkeitsparameter unter einen zweiten Geschwindigkeitsparametergrenzwert fällt.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 5, wobei der erste Geschwindigkeitsparametergrenzwert von demselben oder einem höheren Betrag ist, als der zweite Geschwindigkeitsparametergrenzwert.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Motor mit einer ersten schnellen Beschleunigung beginnt, und dann, wenn die Motorsteuerung feststellt, dass die Drehzahl nahe an einer Eingriffsdrehzahl ist, beschleunigt der Motor mit einer zweiten niedrigeren Beschleunigung.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 8, wobei die Motorsteuerung eine Stromzufuhr steuert, die dem Motor basierend auf der von dem Lastsensor erfassten externen Last zugeführt wird.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Lastsensor einen Drehmomentsensor aufweist, der mit einem Antriebselement der motorangetriebenen Nabe zum Erfassen des externen Drehmoments gekoppelt ist, das auf das Antriebselement ausgeübt wird.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 10, wobei die Antriebsnabe einen Antriebsring umfasst, der mit dem Antriebselement in drehmomentübertragender Weise mittels einer Federanordnung gekoppelt ist, wobei die Federanordnung ausgelenkt wird, um eine Relativbewegung zwischen der Antriebsnabe und dem Antriebsring zuzulassen, die von dem externen Ist-Drehmoment abhängt, das auf das Antriebselement ausgeübt wird.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 11, wobei das Antriebselement und der Antriebsring von Permanentmagneten gebildet werden, die wenigstens einen magnetischen Nordpol und einen Südpol an einer Erfassungsfläche aufweisen, wobei wenigstens ein magnetischer Sensor dem Antriebselement und dem Antriebsring zum Erfassen der Ist-Rotationsposition zugeordnet ist.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine magnetische Sensor durch einen Hallsensor oder einen Readsensor gebildet wird.
Motorangetriebene Nabe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Motorsteuerung ein Pulsweitenmodulationsschema verwendet, um die dem Motor zugeführte Stromzufuhr zu steuern.
Motorangetriebene Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist: – eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist; – einen in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung drehbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist, – wobei die Getriebeanordnung zum Betrieb in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in einer ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs der Vorwärtsrichtung, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn sich der Motor in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, – einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird, und – eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors, wobei der Motor durch eine Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in einer zweiten Richtung in Abhängigkeit der von dem Lastsensor erfassten externen Last dreht.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei dann, wenn zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung geschalten wird, der Motor verlangsamt oder in einem Bremsmodus gebremst wird.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Motor in einem Bremsmodus betreibbar ist, in dem er als Generator arbeitet.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Motor deaktiviert wird, falls das Fahrzeug oder die motorangetriebene Nabe oder das Antriebselement in einer Rückwärtsrichtung bewegt wird.
Motorangetriebene Nabe nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend einen thermischen Sensor zum Überwachen der Temperatur des Motors, wobei der Motor in Abhängigkeit der von dem thermischen Sensor erfassen Ist-Temperatur steuerbar ist.
Motorsteuerung zum Steuern einer motorangetriebenen Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist: – eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ausgebildet ist; – einen in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung rotierbaren Elektromotor, der zum Antreiben der Getriebeanordnung ausgebildet ist, – wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn sich der Motor in der ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in Vorwärtsrichtung dreht, wobei die Motorsteuerung den Motor zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltet, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit eines Geschwindigkeitsparameters dreht.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 20, wobei der Geschwindigkeitsparameter die Drehzahl des Motors oder die Drehzahl eines Abtriebelements der motorangetriebenen Nabe oder die Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs darstellt.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 21, wobei der Geschwindigkeitsparameter von einem Drehzahlsensor bereitgestellt wird, der zum Feststellen der Drehzahl des Motors oder der Drehzahl eines Abtriebelements der Motorantriebsnabe oder der Drehzahl eines Rads des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Motorangetriebene Nabe nach Anspruch 21, wobei der Geschwindigkeitsparameter basierend auf wenigstens einem Betriebsparameter der motorangetriebenen Nabe oder des Fahrzeugs berechnet wird.
Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, ferner aufweisend einen Speicher, in dem ein erster und ein zweiter Geschwindigkeitsparametergrenzwert gespeichert sind, wobei die Motorsteuerung den Motor von dem Zustand, in dem er in der ersten Richtung rotiert, zu dem Zustand schaltet, in dem er in der zweiten Richtung rotiert, wenn der Geschwindigkeitsparameter einen ersten Geschwindigkeitsparametergrenzwert überschreitet, und wobei die Motorsteuern den Motor zum Rotieren von dem Zustand, in dem er in der zweiten Richtung rotiert, zu dem Zustand schaltet, in dem er in der ersten Richtung rotiert, wenn der Geschwindigkeitsparameter unter einen zweiten Geschwindigkeitsparametergrenzwert fällt.
Motorsteuerung nach Anspruch 24, wobei der erste Geschwindigkeitsparametergrenzwert von demselben oder einem höheren Betrag ist, als der zweite Geschwindigkeitsparametergrenzwert.
Motorsteuerung nach Anspruch 24 oder 25, ferner aufweisend einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird.
Motorsteuerung nach Anspruch 26, wobei die Motorsteuerung eine Stromzufuhr steuert, die den Motor basierend auf der von dem Lastsensor erfassten externen Last zugeführt wird.
Motorsteuerung nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Lastsensor einen Drehmomentsensor aufweist, der mit einem Antriebselement der motorangetriebenen Nabe zum Erfassen der auf den Eingangstreiber erfassten externen Last gekoppelt ist.
Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die Motorsteuerung ein Pulsweitenmodulationsschema verwendet, um die dem Motor zugeführte Stromzufuhr zu steuern.
Motorsteuerung zum Steuern einer motorangetriebenen Nabe, insbesondere für ein lenkergesteuertes Fahrzeug, wobei die motorangetriebene Nabe aufweist: – eine Getriebeanordnung, die zum Antreiben des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung ausgebildet ist; – einen in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung rotierbaren Elektromotor, der zum Antreibend er Getriebeanordnung ausgebildet ist; – wobei die Getriebeanordnung zum Betreiben in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor sich in der ersten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines ersten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht, und in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wenn der Motor sich in der zweiten Richtung zum Bereitstellen wenigstens eines zweiten Antriebsgangs in der Vorwärtsrichtung dreht; – einen Lastsensor zum Erfassen einer externen Ist-Last, die auf die motorangetriebene Nabe ausgeübt wird, wobei der Motor von der Motorsteuerung zwischen einem Zustand, in dem er sich in der ersten Richtung dreht, und einem Zustand schaltbar ist, in dem er sich in der zweiten Richtung in Abhängigkeit der von dem Lastsensor erfassten externen Last dreht.