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Die Erfindung betrifft ein elektromotorisches Fahrrad, welches einen vollständig elektrifizierten Antriebsstrang aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Fahrräder in verschiedenen Grundausführungen bekannt. Dabei wird grundsätzlich zwischen Pedelecs (Pedal Electric Cycle) sowie E-Bikes unterschieden. Bei einem Pedelec erfolgt eine Unterstützung des Fahrens ausschließlich während der Betätigung der Tretkurbel, wohingegen der Elektroantrieb bei einem E-Bike mittels eines Schaltknopfs oder Drehgriffs im Bereich des Lenkers hinzuschaltbar ist.
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Bei Fahrrädern dieser Art erfolgt mittels der Fahrradkette eine mechanische Kraftübertragung des über die Tretkurbel eingebrachten Drehmoments auf das Antriebsrad. Die in einem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie kann zur Unterstützung des Fahrers dem Motor bereitgestellt werden. Dieser ist zumeist als Naben- oder Mittelmotor ausgeführt.
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Darüber hinaus ist auch das Konzept eines seriellen Hybridantriebs bekannt, wobei die Energiebereitstellung für den Motor ausschließlich mittels eines Akkumulators erfolgt. Dieser kann mittels eines Generators durch das Treten eingebrachte mechanische Arbeit des Fahrers in geringem Maße nachgeladen werden. Nachteilig ist hierbei, dass somit lediglich eine Reichweitenverlängerung erzielt werden kann aber eine Fahrt mit entladenem Akku jedoch nicht möglich ist.
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Ein weiterer Lösungsansatz wird in der Druckschrift
DE 10 2016 210 335 A1 beschrieben. Hierbei wird ein Hybrid-Fahrrad sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsmotors eines Hybrid-Fahrrads offenbart.
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Das hierbei aufgezeigte Fahrrad umfasst einen Generator sowie mit diesem verbundene Pedale zum Aufbringen eines Generatordrehmoments durch den Fahrer. Weiterhin sind ein Antriebsmotor zum Antreiben des Antriebsrads sowie eine Batterie zur Versorgung des Antriebsmotors vorgesehen. Mittels einer Steuereinrichtung ist der Wert des Generatordrehmoments und ein Soll-Antriebsdrehmoment ermittelbar, wobei der Antriebsmotor zur Gewährleistung des Soll-Antriebsdrehmoments von der Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Das Generatordrehmoment soll vorliegend über einen von den Pedalen durchlaufenen Winkelabschnitt hinweg gemessen werden.
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Zudem ist auch aus der Druckschrift
DE 10 2014 000 925 A1 ein gattungsgemäßes Elektrofahrrad bekannt. Dieses weist ebenso einen Generator, der mit einem Tretantriebsmittel mechanisch gekoppelt ist, auf. Zudem ist eine Energiespeichereinheit wie eine Batterieeinheit oder eine Brennstoffzelle vorgesehen. Eine als Elektromotor ausgebildete Elektromaschine dient als Antrieb des Antriebsrades, insbesondere des Hinterrades, mit elektrischer Energie, welche von dem Energiespeicher oder dem Generator bereitgestellt wird. Zusätzlich ist auch eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Elektromaschine Teil des hierbei beschriebenen Elektrofahrrads.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromotorisches Fahrrad bereitzustellen, welches ein hohes Maß an Sicherheit und Fahrkomfort gewährleistet sowie nicht reichweitenbeschränkt ist und welches zudem kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes elektromotorisches Fahrrad weist einen Generator, einen ersten Motor, einen zweiten Motor, eine Speichereinheit, einen Beschleunigungssensor sowie eine Steuerungs- und Auswertungseinheit auf.
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Der Generator ist einem Tretlager zugeordnet, wobei dieser vorzugsweise in dem Tretlager integriert ist oder nahe des Tretlagers angeordnet und mechanisch mit diesem gekoppelt ist. Der Begriff Tretlager beschreibt vorliegend eine Baueinheit, welche neben der Tretwelle auch die Tretkurbeln sowie die Pedale umfasst.
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Bei Betätigung der Pedale durch eine von dem Fahrer auf diese aufgebrachte Muskelkraft wird ein Pedaldrehmoment bewirkt, welches als mechanische Energie dem Generator bereitgestellt werden kann. Von diesem ist eine Umwandlung in elektrische Energie bewirkbar, so dass von dem Generator eine elektrische Antriebsenergie bereitstellbar ist.
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Der Betriebsmodus des elektromotorisches Fahrrads während der Betätigung der Pedale wird als Aktivbetriebsmodus bezeichnet, während ohne Pedalbetätigung ein Passivbetriebsmodus vorliegt. In dem Aktivbetriebsmodus wird von dem Generator ein Abtriebsdrehmoment bereitgestellt. Dieses wirkt als Widerstand in entgegengesetzter Betätigungsrichtung der Pedale, so dass sich eine Gegenkraft für den Fahrer ergibt. Vorzugsweise kann die Höhe des Abtriebsdrehmoments und somit die sich ergebende Gegenkraft von dem Fahrer individuell gemäß dessen Vorlieben angepasst werden.
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Der Generator ist zudem mittels einer Generatorverbindung elektrisch mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit verbunden. Anhand elektrischer Kenngrößen des Generators ist erfindungsgemäß ein Generatorzustand ermittelbar und über die Generatorverbindung der Steuerungs- und Auswertungseinheit bereitstellbar.
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Der erste Motor ist vorliegend einem Hinterrad zugeordnet und vorzugsweise direkt in dem Hinterrad als Nabenmotor eingebaut. Die von dem Generator bereitgestellte und über die Steuerungs- und Auswertungseinheit übertragene elektrische Antriebsenergie ist mittels des ersten Motors in mechanische Energie umwandelbar. In einem ersten Antriebsbetriebsmodus kann dabei ein erstes Antriebsdrehmoment auf das Hinterrad übertragen werden, so dass dieses eine Drehbewegung in Fahrtrichtung ausführt.
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Zudem ist mittels des ersten Motors in einem ersten Bremsbetriebsmodus ein erstes Bremsdrehmoment auf das Hinterrad übertragbar, welches entgegen der Fahrtrichtung wirkt. Während der erste Motor in dem ersten Bremsbetriebsmodus arbeitet, ist zudem die als Bewegungsenergie vorhandene mechanische Energie in eine elektrische Energie, vorliegend bezeichnet als Rekuperationsenergie, umwandelbar und an die Speichereinheit übertragbar.
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Der erste Antriebsbetriebsmodus und der erste Bremsbetriebsmodus unterscheiden sich somit durch die Richtung des auf das Hinterrad übertragenen Drehmoments.
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Über eine erste Motorverbindung ist der erste Motor mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit elektrisch verbunden. Auf Grundlage von elektrischen Kenngrößen des ersten Motors ist ein erster Motorzustand ermittelbar und an die Steuerungs- und Auswertungseinheit übertragbar. Der erste Motorzustand beschreibt vorliegend insbesondere, ob der erste Motor zum momentanen Zeitpunkt in dem ersten Antriebsbetriebsmodus oder dem ersten Bremsbetriebsmodus arbeitet und welches Antriebs- oder Bremsdrehmoment dabei aufgebracht wird. Vorzugsweise werden als erster Motorzustand auch insbesondere Drehzahl, Drehrichtung, Drehwinkel, Drehmoment und die aufgenommene oder abgegebene Leistung verstanden.
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Für den zweiten Motor, welcher erfindungsgemäß dem Vorderrad zugeordnet ist, gelten die für den ersten Motor genannten Angaben zum Aufbau und zur Betriebsweise in analoger Weise.
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Die elektrische Antriebsenergie wird somit auch dem zweiten Motor bereitgestellt, welcher diese in mechanische Energie umwandelt und in einem zweiten Antriebsbetriebsmodus als zweites Antriebsdrehmoment auf das Vorderrad überträgt. Ebenso kann in einem zweiten Bremsbetriebsmodus ein zweites Bremsdrehmoment auf das Vorderrad übertragen werden und die anfallende Bremsenergie in elektrische Rekuperationsenergie umgewandelt werden.
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Ferner weist auch der zweite Motor eine zweite Motorverbindung als elektrische Verbindung zu der Steuerungs- und Auswertungseinheit auf. Basierend auf elektrischen Kenngrößen des zweiten Motors ist ein zweiter Motorzustand ermittelbar und übertragbar bereitstellbar.
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Mittels der Speichereinheit ist die elektrische Antriebsenergie sowie die elektrische Rekuperationsenergie aufnehmbar, speicherbar und abgebbar. Die von dem Generator bereitgestellte elektrische Antriebsenergie wird somit in der Speichereinheit zwischengespeichert und in dem ersten und/oder zweiten Antriebsbetriebsmodus dem Hinter- und/oder Vorderrad bedarfsabhängig bereitgestellt. Alternativ ist es möglich, die von dem Generator bereitgestellte elektrische Antriebsenergie direkt ohne Zwischenspeicherung an die beiden Motoren zu übertragen. Die Speichereinheit dient in diesem Fall lediglich zur kurzzeitigen Speicherung der elektrischen Rekuperationsenergie, so dass diese bei einem nachfolgenden Anfahrvorgang zur Unterstützung der Beschleunigung erneut nutzbar ist.
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Vorzugsweise ist die Speichereinheit als Akkumulator ausgeführt, sie ist jedoch erfindungsgemäß nicht auf eine spezielle Ausgestaltungsform eingeschränkt. Die Speichereinheit ist ebenso wie die beiden Motoren mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit elektrisch verbunden. Vorliegend ist hierzu eine Speicherverbindung vorgesehen.
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Als weiterer Bestandteil des elektromotorischen Fahrrads ist ein Beschleunigungssensor vorhanden, mittels welchem Beschleunigungszustandsdaten des Fahrrads ermittelbar sind und an die Steuerungs- und Auswertungseinheit übertragbar bereitstellbar sind. Zu diesem Zweck ist der Beschleunigungssensor mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit verbunden. Der Beschleunigungssensor kann auch mehrteilig ausgebildet sein um Beschleunigungen in unterschiedlichen Bewegungsachsen zu erfassen.
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In der Steuerungs- und Auswertungseinheit laufen somit sämtliche Daten aus dem Generator, den Motoren, der Speichereinheit und dem Beschleunigungssensor zusammen.
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Mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit ist daher anhand des ersten und zweiten Motorzustands eine Ermittlung eines Hinterradbewegungszustandes sowie eines Vorderradbewegungszustandes durchführbar.
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Der erste Motorzustand wird dabei zur Erfassung des Hinterradbewegungszustands herangezogen und der zweite Motorzustand zur Erfassung des Vorderradbewegungszustands. Jedoch können die beiden Motorzustände auch zu einem Vergleich der Bewegungszustände und somit zur Detektion von Abweichungen genutzt werden. Somit kann insbesondere ein Durchdrehen oder Blockieren der Räder festgestellt werden.
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Im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung wird durch die Zusätze „erster“ und „zweiter“ in Verbindung mit Aktivbetriebsmodus, Bremsbetriebsmodus, Motorzustand, Antriebsdrehmoment und Bremsdrehmoment kein inhalticher Unterschied sondern lediglich eine Zuordnung zu dem ersten und zweiten Motor ausgedrückt.
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In Abhängigkeit der Auswertungsergebnisse der beiden Motorzustände kann dann von der Steuerungs- und Auswertungseinheit eine Regelung der Drehmomente der beiden Motoren vorgenommen werden. Dabei kann je nach Betriebsmodus das erste Antriebs- oder Bremsdrehmoment sowie das zweite Antriebs- oder Bremsdrehmoment geregelt werden. Da dem Vorder- und Hinterrad jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, kann die Regelung der Drehmomente als besonderer Vorteil getrennt voneinander erfolgen. Dies ermögllicht es beispielsweise, auf dem Vorderrad ein Antriebsdrehmoment und auf dem Hinterrad ein Bremsdrehmoment vorzugeben. Damit wird eine Anpassung an verschiedenste Fahrsituationen ermöglicht.
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Zusätzlich zu den Motorzuständen der beiden Motoren werden von der Steuerungs- und Auswertungseinheit auch die von dem Beschleunigungssensor bereitgestellten Beschleunigungsdaten bei der Drehmoment-Regelung berücksichtigt. Anhand der Beschleunigungsdaten, welche von der Steuerungs- und Auswertungseinheit auswertbar sind, können insbesondere Balancezustände des Fahrrads detektiert werden. So kann bei der Feststellung eines kritischen Balancezustandes eine Anpassung des Drehmoments eines oder beider Räder vorgenommen werden, um beispielsweise mittels eines Bremsdrehmoments die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren oder mitten Bremsdrehmoment oder Antriebsdrehmoment ein beginnenden Umkippen abzufangen. Während der Fahrt auftretende kritische Balancezustände des Fahrrads sind somit ausgleichbar und potenzielle Gefahrensituationen für den Fahrer verhinderbar.
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Neben der Drehmoment-Regelung auf Basis der Motorzustände und der Beschleunigungsdaten ist von der Steuerungs- und Auswertungseinheit auch eine Übertragung der elektrischen Antriebsenergie sowie der elektrischen Rekuperationsenergie zwischen dem Generator, den beiden Motoren und der Speichereinheit regelbar. Wird beispielsweise von dem Generator mehr elektrische Antriebsenergie bereitgestellt, als dies für die momentan festgelegten Drehmomente des Vorder- und Hinterrads erforderlich ist, so wird die überschüssige Energie in der Speichereinheit gespeichert. Tritt der Fall ein, dass die von dem Generator bereitgestellte Energie für die geforderte Fahrgeschwindigkeit unzureichend ist, so wird die in der Speichereinheit vorhandene elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsenergie zur Unterstützung des Fahrers herangezogen.
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Erfindungsgemäß wird zudem auch ein Fahren mit einer vollständig entladenen Speichereinheit ermöglicht, wobei dann ausschließlich die momentan aufgebrachte Muskelkraft des Fahrers und die auf Grundlage dessen von dem Generator bereitgestellte elektrische Antriebsenergie zur Beschleunigung des Fahrrads genutzt wird.
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Das erfindungsgemäße elektromotorische Fahrrad zeichnet sich somit insbesondere durch die folgenden Vorteile aus.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Fahrrädern erweiterte Sicherheits- und Komfortfunktionen gewährleistbar sind. Dies wird insbesondere mittels der gesonderten Drehmoment-Regelung für Vorder- und Hinterrad auf Basis der Motorzustände und der Beschleunigungsdaten realisiert. Somit können insbesondere kritische Balancezustände des Fahrrads detektiert und ausgeglichen werden, um Gefahrensituationen zu verhindern.
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Von Vorteil ist darüber hinaus das intelligente Energiemangement mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit, in welcher die Energieübertragung zwischen dem Generator, den beiden Motoren und der Speichereinheit vollständig regelbar ist. Dabei kann eine von dem Nutzer einstellbare oder automatisch vorgenommene Leistungsanpassung erfolgen, so dass je nach Fahrverhalten und gewünschter Fahrgeschwindigkeit überschüssige Energie speicherbar ist oder fehlende Energie durch die Speichereinheit zur Verfügung gestellt werden kann.
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Zudem ist es von Vorteil, dass für die Bewegungszustandserfassung des Vorder- und Hinterrades erfindungsgemäß kein Sensor erforderlich ist, da einzig die elektrischen Kennwerte und die daraus abgeleiteten und an die Steuerungs- und Auswertungseinheit übermittelten Motorzustände hierfür benötigt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Bremsen des Fahrrads einzig durch die Motoren aufgrund eines generierten Bremsdrehmoments ermöglicht wird. Zur Bedienung können die Motoren mit einem Bremshebel oder sonstigen Benutzerschnittstellen im Bereich des Lenkers gekoppelt sein. Zudem ist es möglich, ergänzende, insbesondere unmittelbare mechanische Bremsmaßnahmen vorzusehen, welche die Bremswirkung der Motoren unterstützen.
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Ferner kann aufgrund des Abtriebsdrehmoments des Generators eine Gegenkraft auf den Pedalen erzeugt werden, welche das Fahrgefühl eines klassichen Fahrrads mit Kettenantrieb vermittelt.
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Von der Erfindung erfasst ist es dass es optional bei besonderen Anwendungsfällen möglich ist, dass zusätzlich zu dem ersten und zweiten Motor ein weiterer Motor oder weitere Motoren vorhanden sein können, wenn beispielsweise für ein Transportrad eine dreirädrige Ausbildung vorliegt oder ein Anhänger Bestandteil des elektromotorischen Fahrrrads ist. In diesem Fall. gelten für den weiteren Motor oder die weiteren Motoren die Angaben zum Aufbau und zur Betriebsweise des ersten und zweiten Motors in deren Zusammenwirken mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit in entsprechender Weise.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das elektromotorische Fahrrad ferner eine Umfeldsensorik auf. Die Umfeldsensorik kann im einfachsten Fall aus nur einem Sensor bestehen, sie kann aber auch eine Mehrzahl gleicher oder unterschiedlicher Sensoren aufweisen. Als mögliche Sensoren der Umfeldsensorik werden im Sinne der Weiterbildung der Erfindung alle Sensoren verstanden, mit denen Informationen zur verkehrrelevanten Umgebung des Fahrrades detektierbar sind. Die verkehrrelevante Umgebung kann das ortsfeste Umfeld wie beispielsweise Straßenverläufe oder Verkehrszeichen, aber auch das bewegliche Umfeld wie beispielsweise andere Fahrzeuge oder Fußgänger darstellen. Konkret kommen für die Umfeldsensorik insbesondere Abstandserfassungseinheiten wie beispielswiese Radar, Objekterkennungseinheiten wie beispielsweise Kamerasysteme mit Bildauswertung oder auch Empfangseinheiten, mit denen funkübertragene Ampelzustände oder Verkehrzeichen empfangbar sind, in Betracht. Mittels der Umfeldsensorik sind somit Umfelddaten ermittelbar.
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Die Umfeldsensorik ist mittels einer Umfeldsensorikverbindung mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit elektrisch verbunden, so dass die von der Umfeldsensorik bereitstellbaren Umfelddaten an die Steuerungs- und Auswertungseinheit übertragbar sind und dann mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit auswertbar sind.
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Mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit ist erfindungsgemäß eine Regelung der Drehmomente beider Motoren durchführbar, wobei gemäß der Weiterbildung für die Regelung auch die Umfelddaten heranziehbar sind. Gemäß der Weiterbildung kann beispielsweise beim Erkennen einer roten Ampel mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit das Vorderrad und das Hinterrad mit einem Bremsdrehmoment beaufschlagt werden, um das Fahrrad auch ohne einen aktiven Bremseingriff eines Fahrers zum Stehen zu bringen.
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Ein besonderer Vorteil besteht in Bezug auf die Weiterbildung insoweit, als durch das erfindungsgemäße eletromotoische Fahrrad bereits die Voraussetzungen wie eine Stromversorgung und Regelbarkeit der Motorzustände vorliegt, so dass lediglich eine Umfeldsensorik benötigt wird, im Übrigen aber Umfelddaten ohne zusätzliche gerätetechnischen Aufwand für die Beeinflussung der Betriebsweise das Fahrrads genutzt und Fahrsicherheit und Komfort verbessert werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das elektromotorische Fahrrad mindestens ein elektrisches Nebenaggregat auf. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um eine Fahrradsbeleuchtung handeln. Als elektrisches Nebenaggregat im Sinne dieser Weiterbildung werden aber auch beispielsweise Navigationsgeräte verstanden. Die Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats wird durch die elektrische Antriebsenergie bereitgestellt, so dass als besonderer Vorteil eine hohe Betriebssicherheit des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats bei gleichzeitiger Entbehrlichkeit von separaten Stromversorgungsquellen, wie Batterien, besteht.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Blockschaltbild,
- 2 Prinzipdarstellung
näher erläutert.
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1 stellt den Antriebsstrang des erfindungsgemäßen elektromotorischen Fahrrads als Blockschaltbild dar. Der vollständig elektrifizierte Antriebsstrang umfasst einen Generator 1, einen ersten Motor 2, einen zweiten Motor 3, eine Speichereinheit 4, einen Beschleunigungssensor 5 sowie eine Steuerungs- und Auswertungseinheit.
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Zudem ist in 1 die Richtung der Energieübertragung der mechanischen sowie elektrischen Energie mit Hilfe von Pfeilspitzen dargestellt.
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Der Generator 1 ist hierbei einem Tretlager 7 zugeordnet, so dass bei einer Betätigung der Pedale des Tretlagers 7 durch einen Fahrer ein Pedaldrehmoment erzeugt wird, welches dem Generator 1 als mechanische Energie zuführbar ist. Mittels des Generators 1 ist die mechanische Energie daraufhin in eine elektrische Antriebsenergie umwandelbar.
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Die Fahrt bei Betätigung der Pedale wird vorliegend als Aktivbetriebsmodus bezeichnet. Erfindungsgemäß kann von dem Generator 1 während des Aktivbetriebsmodus zudem ein Abtriebsdrehmoment bereitgestellt werden, welches als Widerstand auf die Pedale wirkt, so dass das Fahrgefühl eines klassichen Fahrrads mit Kettenantrieb vermittelbar ist.
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Die von dem Generator 1 bereitgestellte elektrische Antriebsenergie ist den beiden Motoren 2 und 3 zuführbar und von diesen in mechanische Energie umwandelbar. In einem Antriebsbetriebsmodus kann die mechanische Energie von den beiden Motoren 2 und 3 in Form eines Antriebsdrehmoments auf die Räder übertragen werden. In einem Bremsbetriebsmodus kann von den Motoren 2 und 3 ein Bremsdrehmoment erzeugt werden, welches entgegen der Fahrtrichtung auf die Räder wirkt. Somit ist sowohl eine Beschleunigung als auch ein Abbremsen einzig aufgrund der von den beiden Motoren 2 und 3 generierten Drehmomente möglich. Des Weiteren kann in dem Bremsbetriebmodus eine Bremsenergie als elektrische Rekuperationsenergie zurückgewonnen werden und an die Speichereinheit übertragen werden. Die elektrische Rekuperationsenergie kann nachfolgend zur Unterstützung des Anfahrens oder zur Beschleunigung während der Fahrt eingesetzt werden.
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Wie 2 zeigt, ist der erste Motor 2 dem Hinterrad 9 zugeordnet, während der zweite Motor 3 dem Vorderrad 11 zugeordnet ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Motoren 2 und 3 jeweils als Nabenmotor ausgeführt und zentral an den Rädern montiert. Somit können die Drehmomente besonders vorteilhaft für jedes Rad individuell vorgegeben werden. Dabei ist von dem ersten Motor 1 in einem ersten Antriebsbetriebsmodus ein erstes Antriebsdrehmoment oder in einem ersten Bremsbetriebsmodus ein erstes Bremsdrehmoment vorgebbar. Von dem zweiten Motor 2 ist entsprechend in einem zweiten Antriebsbetriebmodus ein zweites Antriebsdrehmoment oder in einem zweiten Bremsbetriebsmodus ein zweites Bremsdrehmoment vorgebbar.
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Gemäß dem hierbei beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Speichereinheit 4 als Akkumulator ausgeführt. Von der Speichereinheit 4 ist die elektrische Antriebsenergie des Generators 1 sowie die in dem Bremsbetriebsmodus generierte elektrische Rekuperationsenergie aufnehmbar, speicherbar und abgebbar. Ebenso ist es möglich, die elektrische Antriebsenergie direkt ohne Zwischenspeicherung den Motoren 2 und 3 bereitzustellen.
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Mittels des Beschleunigungssensors 5 sind Beschleunigungsdaten des Fahrrads ermittelbar und an die Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 übertragbar bereitstellbar. Hierzu ist der Beschleunigungssensor 5 mittels einer Sensorverbindung 14 mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 elektrisch verbunden.
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Mit der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 ist zudem der Generator 1 über eine Generatorverbindung 8, der erste Motor 2 über eine erste Motorverbindung 10, der zweite Motor 3 über eine zweite Motorverbindung 12 und die Speichereinheit über eine Speicherverbindung 13 elektrisch verbunden. Somit können sämtliche Daten der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 bereitgestellt werden und dort zentral weiterverarbeitet werden.
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Über die Generatorverbindung 8 kann dabei ein anhand elektrischer Kenngrößen des Generators 1 ermittelter Generatorzustand an die Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 übertragen werden. Ebenso kann der anhand elektrischer Kenngrößen der Motoren 2 und 3 ermittelte erste und zweite Motorzustand an die Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 übertragen und von dieser ausgewertet werden.
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Die Motorzustände können von der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 erfindungsgemäß zur Ermittlung eines Hinterrad- und eines Vorderradbewegungszustandes genutzt werden. Somit basiert die Bestimmung der Bewegungszustände ausschließlich auf den elektrischen Kenngrößen der Motoren und kann ohne zusätzliche Sensoren erfolgen. Neben der Bestimmung des Bewegungszustandes des dem jeweligen Motor zugeordneten Rades können diese Daten auch für einen Vergleich der beiden Bewegungszustände und zur Feststellung von Abweichungen eingesetzt werden.
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Unter Berücksichtichtung der beiden Bewegungszustände kann von der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 die Regelung der Antriebs- oder Bremsdrehmomente beider Motoren 2 und 3 vorgenommen werden. Die von der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 durchgeführte Regelung stellt dabei einen fortlaufenden Vorgang dar, welcher die vorherigen Regelungsdaten und deren Wirkung berücksichtigt.
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Da in diesen Prozess der Drehmoment-Regelung auch die Beschleunigungsdaten von der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 einbeziehbar sind, können zudem Balancezustände des Fahrrads detektiert werden. Bei Feststellung eines kritischen Balancezustands kann mittels einer Anpassung des Drehmoments eines oder beider Räder reagiert werden, um so eine potenzielle Gefahrensituation für den Fahrer zu verhindern.
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Zusätzlich zur Drehmoment-Regelung auf Basis der Motorzustände und der Beschleunigungsdaten erfolgt mittels der Steuerungs- und Auswertungseinheit 6 auch die Regelung der Übertragung der elektrischen Antriebsenergie und der elektrischen Rekuperationsenergie zwischen dem Generator 1, den beiden Motoren 2; 3 sowie der Speichereinheit 4.
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Dabei sind grundsätzlich zwei Szenarien als Entscheidungsgrundlage für die Energieverteilung relevant. Wird von dem Generator 1 mehr elektrische Antriebsenergie bereitgestellt, als dies für die eingestellten Drehmomente des Vorder- und Hinterrads 11; 9 erforderlich ist, so wird die überschüssige Energie in der Speichereinheit 4 gespeichert. Falls die von dem Generator 1 bereitgestellte Energie zum aktuellen Zeitpunkt der Fahrt unzureichend ist, so wird die in der Speichereinheit 4 vorhandene elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsenergie zur Unterstützung des Fahrers herangezogen. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß auch eine Fahrt mit einer leeren Speichereinheit 4 möglich, wobei dann ausschließlich die momentan aufgebrachte Muskelkraft des Fahrers und die somit von dem Generator 1 bereitgestellte elektrische Antriebsenergie zum Antrieb der beiden Motoren 2 und 3 genutzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Generator
- 2
- erster Motor
- 3
- zweiter Motor
- 4
- Speichereinheit
- 5
- Beschleunigungssensor
- 6
- Steuerungs- und Auswertungseinheit
- 7
- Tretlager
- 8
- Generatorverbindung
- 9
- Hinterrad
- 10
- erste Motorverbindung
- 11
- Vorderrad
- 12
- zweite Motorverbindung
- 13
- Speicherverbindung
- 14
- Sensorverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210335 A1 [0005]
- DE 102014000925 A1 [0007]
