EP4396074A1 - Verfahren zum betreiben eines fahrradantriebs - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines fahrradantriebs

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Publication number
EP4396074A1
EP4396074A1 EP22769956.8A EP22769956A EP4396074A1 EP 4396074 A1 EP4396074 A1 EP 4396074A1 EP 22769956 A EP22769956 A EP 22769956A EP 4396074 A1 EP4396074 A1 EP 4396074A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmission
drive motor
drive
bicycle
gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22769956.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Proschek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4396074A1 publication Critical patent/EP4396074A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/06—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with spur gear wheels

Definitions

  • Bicycles are increasingly being used as the primary means of personal transportation. Accordingly, there are high demands on riding comfort and the performance of bicycles. For example, bicycles are not only used for riding, but also for shopping and children. Bicycles are also used as sports equipment. In order to increase comfort and performance, many bicycles are equipped with an electric drive motor, which assists the rider in propelling the bicycle. Such bicycles are also referred to as pedelecs.
  • the bicycle drive has an electric drive motor.
  • the electric drive motor can be designed to convert electrical energy into rotational energy.
  • the drive motor can have an output shaft, on which the drive motor can provide a torque.
  • the drive motor can, for example, be arranged adjacent to the pedal crank in the frame of the bicycle.
  • the drive motor can, for example, be mechanically operatively connected or operatively connectable to the pedal crankshaft of the bicycle drive or an output of the bicycle drive.
  • a mechanical active connection can be formed, for example, via a spur gear stage, a chain or a belt in order to transmit torque.
  • Actively connectable can mean that the mechanical active connection can be separated, for example by means of a switchable element such as a friction clutch. Actively connected can mean that no separation is possible.
  • the transmission has a shifting element for changing gear ratios.
  • a transmission step can correspond to a gear of the transmission and thus of the bicycle.
  • gear of the transmission there can be a fixed transmission ratio between a speed and a torque on the pedal crankshaft and the output.
  • Each gear can provide a different translation.
  • each translation stage can also correspond to a translation area, in which case a currently available translation can be further adapted depending on other factors.
  • the transmission is designed to transmit torque from the pedal crankshaft to an output of the bicycle drive in a switchable manner with at least one first gear ratio and one second gear ratio.
  • the switching element can be designed, for example, as a friction clutch or ratchet.
  • the transmission has a first transmission element and a second transmission element.
  • the first transmission element is connected to the second transmission element in one of the two gear ratios for torque transmission by means of the shifting element.
  • the switching element can connect the two transmission elements to one another in a torque-proof manner.
  • the first transmission element can be separated from the second transmission element in another of the two gear ratios, for example by opening the shifting element and the associated interruption of the torque transmission.
  • Such states often occur, for example, in inexperienced drivers when shifting gears on an incline. Such a state can be prevented or eliminated by appropriate activation of the drive motor to reduce the load on the shifting element.
  • the two steps mentioned above are based, among other things, on the knowledge that in certain driving conditions an unnecessarily high load acts on the shifting element, which can increase wear. For example, high friction can occur when engaging and disengaging a pawl under high load. A high level of friction can also occur on a friction-locking clutch if a high load is already acting on one half of the clutch before it is fully engaged or disengaged. This can be prevented or at least reduced by appropriate control of the drive motor to reduce the load on the shifting element.
  • the transmission element on the pedal crankshaft side in the torque flow can be subjected to less torque or a torque counteracting the drive of the bicycle compared to a previously unchanged motor control.
  • the torque at the output shaft of the drive motor can be made up, for example, of a drive torque to support the driver and a relieving motor torque, with the drive motor being controlled to provide the corresponding torque at the output shaft of the drive motor.
  • the output shaft of the drive motor can be braked briefly to relieve the shifting element.
  • the drive motor is controlled as a function of the detected shift step change request, in order to reduce a load applied to the shift element, for a predetermined period of time.
  • a permanent reduction in drive power can be prevented, even if the shift stage change should fail despite the load reduction.
  • a control is simple and inexpensive to implement.
  • the period of time can be constant or can be specified as a function of a vehicle drive state.
  • the period of time can be determined as a function of a speed of one of the two transmission elements, a speed of the output, a speed of the output shaft of the drive motor, a speed of the pedal crankshaft and alternatively or additionally a current transmission stage and alternatively or additionally a desired transmission stage.
  • Respective values for determining the specified period of time can be calculated from other travel drive states or can also be detected by sensors.
  • a magnitude of a change in torque at the output shaft of the drive motor can also be determined as a function of these values in order to relieve the shifting element.
  • the drive motor can be controlled in such a way that a drag torque of the drive motor is completely compensated for and thus eliminated.
  • the riding experience and the power required to drive the bicycle can therefore essentially correspond to an otherwise identical drive system but with the drive motor disengaged.
  • This compensation of the drag torque can, for example, always take place if there is no request to change the gear stage or if there is no request to change the gear stage from a lower gear stage to a higher gear stage.
  • the drive motor can apply the motor torque as a braking motor torque to one of the two transmission elements in order to reduce a load applied to the shifting element by no longer or less strongly compensating for the drag torque.
  • the method can be particularly energy-efficient.
  • the control device is designed to detect a shift stage change request and to control the drive motor as a function of the detected shift stage change request in order to reduce a load applied to the shift element.
  • the control device can be configured to receive electrical signals, for example from a switch or a sensor.
  • the control device may include an inverter for controlling the drive motor.
  • the control device can be designed to be programmable and can have a microprocessor, for example. The control device can ensure that switching stage change requests are implemented reliably and quickly and that wear on the travel drive is low.
  • a third aspect relates to a bicycle.
  • the bicycle can have a bicycle drive according to the second aspect.
  • the features and advantages resulting from the bicycle drive according to the second aspect can be found in the descriptions of the first and second aspect, with advantageous configurations of the first and second aspect being to be regarded as advantageous configurations of the third aspect and vice versa.
  • FIG. 1 schematically illustrates a method for operating a bicycle drive.
  • the transmission 18 is designed to transmit torque from the pedal crankshaft 12 to an output 22 of the bicycle drive 10 in a shiftable manner with at least a first transmission stage, which corresponds to a first gear, and a second transmission stage, which corresponds to a second gear .
  • the more complex transmission 18 shown in FIG. 3 can provide additional gear ratios.
  • the output 22 of the bicycle drive 10 is formed by a pinion and is mechanically operatively connected to a hub of a rear wheel of the bicycle, in the illustrated embodiment by means of a bicycle chain.
  • the gear 18 has a second gear element 24 in the form of a gear.
  • the transmission 18 has a shifting element 26 .
  • the more complex transmission 18 shown in FIG. 3 has further shifting elements for providing respective assigned gear ratio stages.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear-Shifting Mechanisms (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrradantriebs (10). Der Fahrradantrieb (10) weist eine Tretkurbelwelle (12), einen elektrischen Antriebsmotor (38) und ein Getriebe (18) mit einem Schaltelement (26) zum Übersetzungsstufenwechsel, einem ersten Getriebeelement (20) und einem zweiten Getriebeelement (24) auf. Das Getriebe (18) ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle (12) an einen Abtrieb (22) des Fahrradantriebs (10) schaltbar mit wenigstens einer ersten und zweiten Übersetzungsstufe zu übertragen, wobei das erste Getriebeelement (20) mit dem zweiten Getriebeelement (24) bei einer der zwei Übersetzungsstufen zur Drehmomentübertragung mittels des Schaltelements (26) verbunden ist. Das Verfahren weist wenigstens die folgenden Schritte auf: - Erfassen einer Schaltstufenwechselanforderung; - Steuern des Antriebsmotors (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzieren. Zudem bezieht sich die Erfindung auf einen Fahrradantrieb (10) und ein Fahrrad.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Fahrradantriebs
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Fahr- radantriebs, einen Fahrradantrieb sowie ein Fahrrad.
Stand der Technik
Fahrräder werden zusehends als primäres persönliches Transportmittel genutzt. Ent- sprechend gibt es hohe Anforderungen an Fahrkomfort und Leistungsfähigkeit von Fahrrädern. Beispielsweise wird mit Fahrrädern nicht nur gefahren, sondern auch Einkäufe und Kinder transportiert. Fahrräder werden auch als Sportgeräte genutzt. Um den Komfort und die Leistungsfähigkeit zu steigern, werden viele Fahrräder mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgerüstet, welcher den Fahrer beim Antreiben des Fahrrads unterstützt. Solche Fahrräder werden auch als Pedelecs bezeichnet.
Für ein möglichst effizientes Fahren sind Fahrräder üblicherweise mit einem Getriebe ausgerüstet, welches unterschiedliche Übersetzungen für eine Drehmomentübertra- gung einer Tretkurbel des Fahrrads und alternativ oder zusätzlich eines elektrischen Antriebsmotors ausgebildet ist. Wünschenswert ist dabei ein möglichst zuverlässiger und schneller Gangwechsel. Sofern das Getriebe bei einer Anforderung eines Gang- wechsels nicht oder überraschend mit einer Verzögerung schaltet, können ansonsten unerwünschte Fahrzustände entstehen, welche den Fahrer behindern. Beispiels- weise kann bei Beginn einer Steigung von dem Fahrer ein niedrigerer als der derzei- tige Gang angefordert werden, sobald ein Tretwiderstand an der Tretkurbel zu groß wird. Sofern der Gangwechsel dann nicht rechtzeitig erfolgt, kann es für den Fahrer beispielsweise nicht mehr möglich sein weiter genug Muskelkraft an der Tretkurbel zur Verfügung zu stellen, um weiterzufahren. So kann es zu einem unerwünschten Stopp kommen.
Ebenso kann es bei vielen Schaltvorgängen und einer anspruchsvollen Nutzung ei- nes Fahrrads frühzeitig zu einem übermäßigen Verschleiß kommen, beispielsweise auch wenn der Fahrer beim Fahren durch einen Antriebsmotor unterstützt wird. Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrrad- antriebs. Das Verfahren kann beispielsweise nur ein Verhalten des Fahrradantriebs während eines Gangwechselvorgangs betreffen. Der Fahrradantrieb kann dazu aus- gebildet sein, das Fahrrad mittels Muskelkraft und alternativ oder zusätzlich einer elektrisch erzeugten Antriebskraft zu bewegen. Mittels des Fahrradantriebs kann bei- spielsweise ein Hinterrad des Fahrrads in Rotation versetzt werden. Der Fahrradan- trieb kann beispielsweise als Antrieb eines Pedelecs ausgebildet sein.
Der Fahrradantrieb weist eine Tretkurbelwelle auf. Die Tretkurbelwelle kann sich durch einen Rahmen des Fahrrads in Links-Rechts-Richtung erstrecken. Die Tretkur- belwelle kann für die Befestigung von jeweils einer Tretkurbel an jedem Ende ausge- bildet sein. An jeder Tretkurbel kann ein Pedal befestigt sein. Die Tretkurbelwelle kann eine Eingangswelle des Fahrradantriebs bilden. An der Tretkurbelwelle kann beispielsweise eine Muskelkraft zum Antreiben des Fahrrads in den Fahrradantrieb eingeleitet werden.
Der Fahrradantrieb weist einen elektrischen Antriebsmotor auf. Der elektrische An- triebsmotor kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in rotatorische Energie zu wandeln. Der Antriebsmotor kann eine Abtriebswelle aufweisen, an welcher der Antriebsmotor ein Drehmoment bereitstellen kann. Der Antriebsmotor kann beispiels- weise benachbart zu der Tretkurbel in dem Rahmen des Fahrrads angeordnet sein. Der Antriebsmotor kann beispielsweise mit der Tretkurbelwelle des Fahrradantriebs oder einem Abtrieb des Fahrradantriebs mechanisch wirkverbunden oder wirkver- bindbar sein. Eine mechanische Wirkverbindung kann beispielsweise über eine Stirn- radstufe, eine Kette oder einen Riemen gebildet werden, um ein Drehmoment zu übertragen. Wirkverbindbar kann bedeuten, dass die mechanische Wirkverbindung trennbar ist, beispielsweise mittels eines schaltbaren Elements wie einer Reibkupp- lung. Wirkverbunden kann bedeuten, dass keine Trennung möglich ist. Der Fahrrad- antrieb kann dazu ausgebildet sein, dass durch den Antriebsmotor nur eine Antriebs- kraft bereitgestellt wird, sofern der Fahrer dem Fahrradantrieb eine vorgegebene Mindestkraft zum Fahren mit Muskelkraft bereitstellt. Der Fahrradantrieb weist ein Getriebe auf. Die Tretkurbelwelle kann eine Welle des Getriebes sein, beispielsweise eine Eingangswelle. Die Tretkurbelwelle kann aber beispielsweise auch nicht Teil des Getriebes sein und mit einer Eingangswelle des Getriebes mechanisch wirkverbunden oder wirkverbindbar sein. Beispielsweise kann die Tretkurbelwelle permanent drehfest mit der Eingangswelle des Getriebes verbun- den sein. Eine Ausgangswelle des Getriebes kann einen Abtrieb des Fahrradantriebs bilden oder mit dem Abtrieb des Fahrradantriebs mechanisch wirkverbunden oder wirkverbindbar sein. Der Abtrieb des Fahrradantriebs kann beispielsweise eine An- triebsleistung für das Fahrrad zur Verfügung stellen.
Das Getriebe weist ein Schaltelement zum Übersetzungsstufenwechsel auf. Eine Übersetzungsstufe kann einem Gang des Getriebes und damit des Fahrrads entspre- chen. Bei einem Gang des Getriebes kann ein festes Übersetzungsverhältnis zwi- schen einer Drehzahl und einem Drehmoment an der Tretkurbelwelle und dem Ab- trieb vorliegen. Jeder Gang kann eine unterschiedliche Übersetzung bereitstellen. Jede Übersetzungsstufe kann aber auch einem Übersetzungsbereich entsprechen, wobei eine derzeitig vorliegende Übersetzung in Abhängigkeit von anderen Faktoren weiter angepasst werden kann.
Mittels Betätigung des Schaltelements kann zwischen wenigstens zwei Überset- zungsstufen gewechselt werden. Das Getriebe ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle an einen Abtrieb des Fahrradantriebs schaltbar mit wenigs- tens einer ersten Übersetzungsstufen und einer zweiten Übersetzungsstufe zu über- tragen. Das Schaltelement kann beispielsweise als Reibkupplung oder Schaltklinke ausgebildet sein. Das Getriebe weist ein erstes Getriebeelement und ein zweites Ge- triebeelement auf. Das erste Getriebeelement ist mit dem zweiten Getriebeelement bei einer der zwei Übersetzungsstufen zur Drehmomentübertragung mittels des Schaltelements verbunden. Beispielsweise kann das Schaltelement die beiden Ge- triebeelemente drehfest miteinander verbinden. Das erste Getriebeelement kann von dem zweiten Getriebeelement bei einer anderen der zwei Übersetzungsstufen ge- trennt sein, beispielsweise durch Öffnen des Schaltelements und damit einhergehen- der Unterbrechung der Drehmomentübertragung. Beispielsweise kann das Getriebe trotzdem weiter ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle an den Abtrieb übertragen, jedoch beispielsweise über andere Getriebeelemente und alternativ oder zusätzlich mit einer anderen Übersetzung. Bei der anderen der zwei Übersetzungsstufen kann das erste Getriebeelement und alternativ oder zusätzlich das zweite Getriebeelement auch mit einem weiteren Getriebeelement mittels des Schaltelements zur Drehmo- mentübertragung verbunden sein.
Ein Getriebeelement kann beispielsweise ein Drehelement des Getriebes sein. Ein Getriebeelement kann beispielsweise als ein Zahnrad, eine Welle oder ein Drehele- ment eines Planetenradsatzes, wie ein Sonnenrad, Planetenträger oder Hohlrad, ausgebildet sein. Ein Getriebeelement kann beispielsweise auch als stationäres Bau- teil, wie als Fahrradrahmen oder Getriebegehäuse, ausgebildet sein.
Das Schaltelement kann beispielsweise durch eine Schaltvorrichtung, beispielsweise mittels eines Kabelzugs einer Handschaltung, aktiv betätigt werden. Das Schaltele- ment kann auch dazu ausgebildet sein, bei bestimmten Zuständen des Getriebes selbsttätig zu schalten und damit dessen Zustand zu wechseln. Das Schaltelement kann auch mittels eines Stellmotors betätigt werden, welcher durch ein elektrisches Signal gesteuert wird. Beispielsweise kann ein Fahrer einen Knopf oder Hebel betäti- gen, um eine motorische oder manuelle Betätigung des Schaltelements zu bewirken.
Ist ein Schaltelement, beispielsweise eine Kupplung, zwischen zwei Getriebeelemen- ten vorgesehen, so sind diese Drehelemente nicht permanent drehfest miteinander verbunden, jedoch über das Schaltelement drehfest miteinander verbindbar. Eine drehfeste Verbindung wird erst durch Betätigung oder selbsttätigen Zustandswechsel des zwischenliegenden Schaltelements herbeigeführt. Dabei kann eine Betätigung des Schaltelements bedeuten, dass dieses in einen geschlossenen Zustand über- führt wird, sodass die an das Schaltelement unmittelbar angekoppelten Getriebeele- mente in ihren Drehbewegungen aneinander angeglichen werden. Ist das betroffene Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen. Ein Beispiel für ein formschlüssiges Schaltelement ist eine Klauenkupplung.
Im Falle eines reibschlüssigen Schaltelements können, auch nach einem Betätigen desselbigen, Drehzahlunterschiede zwischen den Getriebeelemente bestehen. Die- ser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird hier dennoch als drehfeste Verbin- dung der jeweiligen Bauelemente bezeichnet. Bei einer reibschlüssigen Verbindung kann beispielsweise aufgrund eines Schlupfs eine gewisse Drehzahldifferenz zwi- schen den zwei miteinander verbundenen Getriebeelementen vorliegen.
Das Getriebe kann auch dazu ausgebildet sein, weitere Übersetzungsstufen bereit- zustellen. Entsprechend können auch weitere Getriebeelemente und alternativ oder zusätzlich Schaltelemente vorgesehen sein. Das Verfahren kann dabei gleicherma- ßen Anwendung finden.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Erfassens einer Schaltstufenwechselanfor- derung auf. Die Schaltstufenwechselanforderung kann beispielsweise ein Betätigen des Schaltelements sein oder auch ein elektrisches Signal, beispielsweise bei einem motorisch betätigbaren Getriebe. Das Erfassen kann beispielsweise sensorisch erfol- gen oder auch nur durch Empfangen eines Signals.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Steuerns des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren. Die anliegende Last kann beispielsweise durch Ver- ändern oder Bereitstellen eines Motordrehmoments, welches von dem Antriebsmotor auf eines der beiden Getriebeelemente wirkt, reduziert werden.
Beispielsweise kann der Antriebsmotor so gesteuert werden, dass ein von dem An- triebsmotor bereitgestelltes Motordrehmoment gegenüber einem vor der Erfassung der Schaltstufenwechselanforderung bereitgestellten Motordrehmoment reduziert ist und alternativ oder zusätzlich weniger Gesamtdrehmoment auf eines oder beide der zwei Getriebeelemente wirkt. Beispielsweise kann temporär eine Unterstützung des Fahrers beim Antreiben des Fahrrads reduziert werden. Beispielsweise kann aber auch umgekehrt der Antriebsmotor so gesteuert werden, dass ein von dem An- triebsmotor bereitgestelltes Motordrehmoment gegenüber einem vor der Erfassung der Schaltstufenwechselanforderung bereitgestellten Motordrehmoment erhöht ist. Sofern vor der Erfassung der Schaltstufenwechselanforderung die Gesamtantriebs- kraft des Fahrrads nur durch Muskelkraft bereitgestellt wurde, also der Antriebsmotor beim Antreiben des Fahrrads nicht unterstützt hat, kann in Reaktion auf die erfasste Schaltstufenwechselanforderung temporär eine Antriebskraft auch mit dem An- triebsmotor bereitgestellt werden oder der Muskelkraft entgegengewirkt werden. Das Steuern des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwech- selanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, kann mit einer Steuerung zum Bereitstellen einer Antriebskraft mittels des Antriebsmotors überlagert werden.
Der Antriebsmotor kann beispielsweise so gesteuert werden, dass die Last an dem Schaltelement auf null oder nahezu auf null reduziert wird, wodurch eine lastfreie Schaltung ermöglicht wird. Der Antriebsmotor kann beispielsweise nur solange in Ab- hängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, gesteuert werden, bis die Überset- zungsstufe erfolgreich in Reaktion auf die Schaltstufenwechselanforderung gewech- selt wurde. Das Steuern des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, kann ein Erzeugen eines schaltelemententlastenden Drehmoments be- wirken.
Den beiden zuvor genannten Schritten liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass nicht jedes Betätigen des Schaltelements auch immer bei einem Fahrrad gleich- ermaßen zu einer Zustandsänderung des Schaltelements führt. Beispielsweise kann ein als Sperrklinke ausgebildetes Schaltelement trotz dessen Betätigen bei bestimm- ten Zuständen nicht einen Eingriff mit einem der beiden Getriebeelemente lösen oder in Eingriff mit dem Getriebeelement gelangen. Beispielsweise kann ein Fahrer auf je- weilige Pedale einer Tretkurbel während eines gewünschten Schaltvorgangs weiter- hin Kraft ausüben. Dadurch kann eine Last auf das Schaltelement wirken, welche ein Herausziehen der Sperrklinke aus dem Eingriff verhindert. Jeweilige Reaktionskräfte halten dann die Sperrklinke. Trotz eines also nicht mehr geschalteten Zustand springt die Sperrklinke beispielsweise nicht heraus. Solche Zustände treten beispielsweise häufig bei ungeübten Fahrern beim Schalten in einer Steigung auf. Ein solcher Zu- stand kann durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors zur Lastreduktion am Schaltelement verhindert oder aufgehoben werden. Den beiden zuvor genannten Schritten liegt unter anderem auch die Erkenntnis zu- grunde, dass in bestimmten Fahrzuständen eine unnötig hohe Last auf das Schalt- element wirkt, welche den Verschleiß erhöhen kann. Beispielsweise kann es zu ho- hen Reibungen kommen, wenn eine Sperrklinke unter hoher Last in Eingriff oder aus einem Eingriff gebracht wird. Ebenso kann so eine hohe Reibleistung an einer reib- schlüssigen Kupplung entstehen, wenn noch vor einem vollständigen Schließen oder Öffnen bereits eine hohe Last auf eine Kupplungshälfte wirkt. Dies kann durch ent- sprechende Ansteuerung des Antriebsmotors zur Lastreduktion am Schaltelement verhindert oder zumindest reduziert werden.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt eines Unterbrechens der Drehmomentüber- tragung zwischen dem ersten Getriebeelement und dem zweiten Getriebeelement mittels des Schaltelements aufweisen, beispielsweise durch Öffnen des Schaltele- ments. Dadurch kann die Übersetzungsstufe gewechselt werden. Das Unterbrechen der Drehmomentübertragung kann aufgrund der Entlastung durch entsprechende Steuerung des Antriebsmotors erfolgen, nachdem die Stufenwechselanforderung er- folgt ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Steuern des Antriebsmotors, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, nur erfolgt, wenn die erfasste Schaltstufenwechselanforderung eine Wechselanforderung von einer höheren Übersetzungsstufe zu einer niedrigeren Übersetzungsstufe ist. Beispielsweise kann dies eine Anforderung für einen Wechsel von der zweiten Über- setzungsstufe zu der ersten Übersetzungsstufe sein. Eine höhere Übersetzungsstufe kann einem höheren Gang entsprechen. Eine niedrigere Übersetzungsstufe kann ei- nem niedrigeren Gang entsprechen. Der höhere Gang kann beispielsweise eine be- stimmte Rotation der Tretkurbelwelle in eine schnellere Rotation des Abtriebs über- setzen als der niedrigere Gang die gleiche Rotation der Tretkurbelwelle. Damit kann berücksichtigt werden, dass gegebenenfalls nur für ein Herunterschalten eine Entlas- tung des Schaltelements notwendig ist, um einen Schaltvorgang erfolgreich durchzu- führen. Bei einem Hochschalten kann dagegen bereits die veränderte Übersetzung eine Entlastung bewirken und alternativ oder zusätzlich das Schaltelement nicht mehr durch Reaktionskräfte am Öffnen gehindert sein. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Antriebsmotor dazu ausgebildet ist, antriebsseitig zu dem Schaltelement ein Motordrehmoment in den Fahrradantrieb einzuleiten. Beispielsweise kann der Antriebsmotor mit der Tret- kurbelle mechanisch wirkverbunden sein und alternativ oder zusätzlich mit dem im Drehmomentfluss tretkurbelwellenseitigen Getriebeelement. Das vom Antriebsmotor bereitgestellte Drehmoment kann beispielsweise über das Getriebe an den Abtrieb übertragen werden. Der Antriebsmotor kann aufgrund des Steuerns, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, eines der zwei Getriebeelemente mit dem Motordrehmoment als ein bremsendes Motordrehmoment beaufschlagen. Das bremsende Motordrehmoment kann einem Antreiben des Fahrrads in Vorwärtsrich- tung entgegenwirken. Beispielsweise kann das im Drehmomentfluss tretkurbelwellen- seitige Getriebeelement aufgrund des Steuerns gegenüber einer vorher unveränder- ten Motorsteuerung mit weniger oder einem dem Antrieb des Fahrrads entgegenwir- kenden Drehmoment beaufschlagen. Das Drehmoment an der Abtriebswelle des An- triebsmotors kann sich beispielsweise aus einem Antriebsdrehmoment zum Unter- stützen des Fahrers und einem entlastenden Motordrehmoment zusammensetzen, wobei der Antriebsmotor zur Bereitstellung des entsprechenden Drehmoments an der Abtriebswelle des Antriebsmotors gesteuert wird. Beispielsweise kann die Ab- triebswelle des Antriebsmotors kurzfristig zur Entlastung des Schaltelements abge- bremst werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Antriebsmotor dazu ausgebildet ist, abtriebsseitig zu dem Schaltelement ein Motordrehmoment in den Fahrradantrieb einzuleiten. Beispielsweise kann der Antriebsmotor mit dem Ab- trieb mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise unter Umgehung des Getriebes und alternativ oder zusätzlich mit dem im Drehmomentfluss abtriebsseitigen Getrie- beelement. Der Antriebsmotor kann aufgrund des Steuerns, um eine an dem Schalt- element anliegende Last zu reduzieren, eines der zwei Getriebeelemente mit dem Motordrehmoment als ein beschleunigendes Motordrehmoment beaufschlagen. Bei- spielsweise kann aufgrund dieser Steuerung eine durch den Antriebsmotor bereitge- stellte Antriebsleistung erhöht werden. Beispielsweise kann die Abtriebswelle des An- triebsmotors kurzfristig zur Entlastung des Schaltelements beschleunigt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Steuern des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt. Dadurch kann eine dauerhafte Reduktion einer Antriebsleistung verhindert werden, auch wenn der Schaltstufenwechsel trotz Lastreduktion fehlschla- gen sollte. Zudem ist eine solche Steuerung einfach und kostengünstig zu implemen- tieren. Beispielsweise kann die Zeitdauer konstant sein oder in Abhängigkeit von ei- nem Fahrantriebszustand vorgegeben werden. Beispielsweise kann die Zeitdauer in Abhängigkeit von einer Drehzahl einer der beiden Getriebeelemente, einer Drehzahl des Abtriebs, einer Drehzahl der Abtriebswelle des Antriebsmotors, einer Drehzahl der Tretkurbelwelle und alternativ oder zusätzlich einer derzeitigen Übersetzungs- stufe und alternativ oder zusätzlich einer gewünschten Übersetzungsstufe bestimmt werden. Jeweilige Werte für die Bestimmung der vorgegebenen Zeitdauer können aus anderen Fahrantriebszuständen berechnet werden oder auch sensorisch erfasst werden. Ebenso kann in Abhängigkeit von diesen Werten auch eine Größe einer Drehmomentänderung an der Abtriebswelle des Antriebsmotors zur Entlastung des Schaltelements bestimmt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren fer- ner einen Schritt eines Erfassens eines Schaltstufenwechsels aufweist. Beispiels- weise kann erfasst werden, wenn die Übersetzungsstufe erfolgreich gewechselt wurde. Die Erfassung kann mittelbar in Abhängigkeit von einem Zustand des Fahran- triebs, wie in Abhängigkeit von einer Drehzahl einer der beiden Getriebeelemente, ei- ner Drehzahl des Abtriebs, einer Drehzahl der Abtriebswelle des Antriebsmotors, ei- ner Drehzahl der Tretkurbelwelle und alternativ oder zusätzlich einer Veränderung dieser Werte erfolgen. Die Erfassung kann auch direkt mittels eines Sensors erfol- gen. Das Steuern des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstu- fenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzie- ren, kann erfolgen, bis der Schaltstufenwechsel erfasst wurde. Dadurch kann die Steuerung des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwech- selanforderung zu einem besonders effizienten Zeitpunkt wieder beendet werden
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren fer- ner einen weiteren Schritt eines Steuerns des Antriebsmotors aufweist, um ein durch den Antriebsmotor verursachtes Schleppmoment zu reduzieren, sofern keine An- triebsunterstützung bei dem Antriebsmotor angefordert ist. Dieser Schritt kann einen erhöhten Fahrwiderstand vermeiden, wenn der Antriebsmotor permanent mit dem restlichen Fahrantrieb mechanisch wirkverbunden ist, um das Schaltelement beim Übersetzungsstufenwechsel entlasten zu können. So benötigt der Fahrradantrieb nur wenige Schaltelemente, wodurch dieser besonders leicht und kostengünstig sein kann. Dennoch kann ein übermäßig starker Tretwiderstand aufgrund eines Schlepp- widerstands des Antriebsmotors vermieden werden, wenn eigentlich nur ein Antrei- ben des Fahrrads mit Muskelkraft ohne motorische Unterstützung gewünscht ist. Bei der Bauweise mit permanent mechanisch wirkverbundenem Antriebsmotor ist zudem eine Rekuperation mit dem Antriebsmotor einfach möglich. Beispielsweise kann der Antriebsmotor so gesteuert werden, dass ein Schleppmoment des Antriebsmotors vollständig kompensiert und damit aufgehoben wird. Das Fahrgefühl und die erfor- derliche Kraft zum Antreiben des Fahrrads können in einem solchen Modus also im Wesentlichen einem ansonsten gleichen Fahrantrieb mit jedoch ausgekuppeltem An- triebsmotor entsprechen. Diese Kompensierung des Schleppmoments kann bei- spielsweise immer erfolgen, sofern keine Schaltstufenwechselanforderung vorliegt oder auch sofern keine Schaltstufenwechselanforderung von einer niedrigen Schalt- stufe zu einer höheren Schaltstufe vorliegt. Der Antriebsmotors kann aufgrund des- sen des Steuerns, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren, ei- nes der zwei Getriebeelemente mit dem Motordrehmoment als einem bremsenden Motordrehmoment beaufschlagen, indem das Schleppmoment nicht mehr oder weni- ger stark kompensiert wird. Dadurch kann das Verfahren besonders stromsparend sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Getriebe ein schaltbares Freilaufelement aufweist, wobei der Antriebsmotor mittels des Freilau- felements zur Drehmomentübertragung mit dem Getriebe verbindbar ist. Das Freilau- felement kann selbsttätig zwischen einem Überholtriebzustand und einem Sperrrich- tungszustand schalten. Dadurch kann der Antriebsmotor selbsttätig entkoppelt wer- den, sobald dieser keine Antriebsleistung zum Antreiben des Fahrrads bereitstellt. Dadurch können Schleppverluste durch Mitschleppen des Antriebsmotors vermieden werden, beispielsweise wenn das Fahrrad nur mit Muskelkraft bewegt werden soll. Das Verfahren kann ferner einen Schritt eines Herstellens einer Drehmomentübertra- gung zwischen dem Antriebsmotor und dem Abtrieb mittels des Freilaufelements auf- weisen, sofern der Antriebsmotor in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufen- wechselanforderung gesteuert wird, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch Schalten des Freilaufelements erfol- gen. Das Freilaufelement kann also geschlossen werden, um das Schaltelement während des Schaltvorgangs entlasten zu können. Beispielsweise kann so ein Über- holtriebzustand aufgehoben werden, um eines der beiden Getriebeelemente mittels des Antriebsmotors abbremsen zu können.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt eines Unterbrechens einer Drehmomen- tübertragung zwischen dem Antriebsmotor und dem Abtrieb mittels des Freilaufele- ments aufweisen, sofern keine Antriebsunterstützung bei dem Antriebsmotor ange- fordert ist und sofern der Antriebsmotor nicht in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung gesteuert wird, um eine an dem Schaltelement an- liegende Last zu reduzieren. Das Freilaufelement kann dann also beispielsweise so geschaltet werden, dass es wieder selbsttätig zwischen dem Überholtriebzustand und dem Sperrrichtungszustand wechselt. Ein Freilauf des schaltbaren Freilaufele- ments kann auch blockiert werden, um eine Rekuperation mit dem Antriebsmotor zu ermöglichen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt betrieben zu werden. Die sich aus dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ergebenden Merkmale und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts als vorteilhafte Ausgestaltun- gen des zweiten Aspekts und umgekehrt anzusehen sind.
Der Fahrradantrieb weist wenigstens eine Tretkurbelwelle, einen elektrischen An- triebsmotor, eine Steuervorrichtung und ein Getriebe mit einem Schaltelement zum Übersetzungsstufenwechsel, mit einem ersten Getriebeelement und mit einem zwei- ten Getriebeelement auf. Das Getriebe ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle an einen Abtrieb des Fahrradantriebs schaltbar mit wenigstens einer ersten Übersetzungsstufen und einer zweiten Übersetzungsstufe zu übertra- gen. Das erste Getriebeelement ist mit dem zweiten Getriebeelement bei einer der zwei Übersetzungsstufen zur Drehmomentübertragung mittels des Schaltelements verbunden. Der Fahrradantrieb kann einen Energiespeicher für elektrische Energie, wie eine Batterie, aufweisen. Der Energiespeicher kann den Antriebsmotor und optio- nal auch die Steuervorrichtung mit elektrischer Energie versorgen. Der Fahrantrieb weist einen Abtrieb auf, welcher beispielsweise durch eine Abtriebswelle des Getrie- bes gebildet sein kann.
Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Schaltstufenwechselanforderung zu erfassen und den Antriebsmotor in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwech- selanforderung zu steuern, um eine an dem Schaltelement anliegende Last zu redu- zieren. Die Steuervorrichtung kann für das Erfassen dazu ausgebildet sein, elektri- sche Signale zu empfangen, beispielsweise von einem Schalter oder einem Sensor. Die Steuervorrichtung kann einen Inverter zum Steuern des Antriebsmotors aufwei- sen. Die Steuervorrichtung kann programmierbar ausgebildet sein und beispiels- weise einen Mikroprozessor aufweisen. Die Steuervorrichtung kann dafür sorgen, dass Schaltstufenwechselanforderungen zuverlässig und schnell umgesetzt werden und ein Fahrantriebsverschleiß gering ist.
Der Antriebsmotor kann permanent mechanisch mit dem Abtrieb des Fahrantriebs zur Drehmomentübertragung wirkverbunden sein, beispielsweise mit einer Stirnrad- stufe. Der Fahrradantrieb kann frei von einem Freilauf oder Schaltelement zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe und alternativ oder zusätzlich dem An- triebsmotor und dem Abtrieb sein. Der Antriebsmotor kann beispielsweise mit der Tretkurbelwelle und alternativ oder zusätzlich dem Abtrieb mechanisch wirkverbun- den oder wirkverbindbar sein. Beispielsweise kann der Antriebsmotor mit dem Ab- trieb und alternativ oder zusätzlich dem Getriebe mittels eines schaltbaren Freilau- felements mechanisch wirkverbunden sein.
In einer Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das Schalt- element als formschlüssiges oder reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist. Ein Beispiel für ein formschlüssiges Schaltelement ist eine Schaltklinke oder Schaltklaue. Durch die Entlastung aufgrund der Steuerung des Antriebsmotors kann eine Verbin- dung der zwei Getriebeelemente über das Schaltelement besonders zuverlässig auf- gehoben werden, auch wenn der Fahrer des Fahrrads unvermindert in die Pedale der Tretkurbel beim Schaltstufenwechsel tritt. Das reibschlüssige Schaltelement kann beispielsweise als Einscheibentrockenkupplung ausgebildet sein. Durch die Entlas- tung aufgrund der Steuerung des Antriebsmotors kann eine Reibleistung an dem reibschlüssigen Schaltelement reduziert sein, auch wenn der Fahrer des Fahrrads unvermindert in die Pedale der Tretkurbel beim Schaltstufenwechsel tritt. Dadurch kann das reibschlüssige Schaltelement für eine kleine Reibleistung ausgelegt wer- den, wodurch der Fahrantrieb kompakt, leicht und kostengünstig sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verschleiß des reibschlüssigen Schaltelements besonders gering sein.
Ein dritter Aspekt betrifft ein Fahrrad. Das Fahrrad kann einen Fahrradantrieb gemäß dem zweiten Aspekt aufweisen. Die sich aus dem Fahrradantrieb gemäß dem zwei- ten Aspekt ergebenden Merkmale und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Aspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts und umge- kehrt anzusehen sind.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrradan- triebs.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen Fahrradantrieb, der mit dem Verfahren ge- mäß Fig. 1 betrieben werden kann.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Getriebe, welches einen Teil des Fahrradantriebs gemäß Fig. 2 bilden kann.
Fig. 4 zeigt in einer ersten schematischen Perspektivansicht zwei Getriebeelemente und ein Schaltelement des Getriebes gemäß Fig. 3. Fig. 5 zeigt in einer zweiten schematischen Perspektivansicht die zwei Getriebeele- mente und das Schaltelement des Getriebes gemäß Fig. 3.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen seitlichen Schnittansicht das Schaltelement des Getriebes gemäß Fig. 3 in einem geöffneten Zustand.
Fig. 7 zeigt in einer schematischen seitlichen Schnittansicht das Schaltelement des Getriebes gemäß Fig. 3 in einem geschlossenen Zustand.
Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsformen
Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen Fahrradantrieb 10. Der Fahrradantrieb 10 weist eine Tretkurbelwelle 12 auf, an deren zwei entgegengesetzten axialen Enden jeweils eine Tretkurbel 14 mit einem Pedal 16 befestigt ist. Durch Treten der Pe- dale 16 kann ein Fahrer mit Muskelkraft eine Antriebskraft in den Fahrradantrieb 10 einleiten.
Der Fahrradantrieb 10 weist ein Getriebe 18 auf. In der Fig. 2 ist eine sehr einfache Bauweise des Getriebes veranschaulicht. Das Getriebe 18 kann aber auch wie in Fig. 3 komplexer ausgebildet sein, wobei dieses komplexere Getriebe 18 nur teil- weise dargestellt ist. Das Getriebe 18 weist wenigstens ein erstes Getriebeele- ment 20 auf, welches als Eingangswelle ausgebildet ist. Das erste Getriebeele- ment 20 ist permanent drehfest oder über einen nicht dargestellten Freilauf mit der Tretkurbelwelle 12 verbunden. Das mit Muskelkraft erzeugte Antriebsmoment kann so über das erste Getriebeelement 20 in das Getriebe 18 eingeleitet werden.
Das Getriebe 18 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle 12 an einen Abtrieb 22 des Fahrradantriebs 10 schaltbar mit wenigstens einer ersten Über- setzungsstufe, welche einem ersten Gang entspricht, und einer zweiten Überset- zungsstufe, welches einem zweiten Gang entspricht, zu übertragen. Das in Fig. 3 ge- zeigte komplexere Getriebe 18 kann weitere Übersetzungsstufen bereitstellen. Der Abtrieb 22 des Fahrradantriebs 10 wird durch ein Ritzel gebildet und ist mit einer Nabe eines Hinterrads des Fahrrads mechanisch wirkverbunden, in der veranschau- lichten Ausführungsform mittels einer Fahrradkette. Das Getriebe 18 weist ein zweites Getriebeelement 24 in Form eines Zahnrads auf. Zudem weist das Getriebe 18 ein Schaltelement 26 auf. Das in Fig. 3 gezeigte kom- plexere Getriebe 18 weist weitere Schaltelemente zum Bereitstellen jeweiliger zuge- ordneter Übersetzungsstufen auf. Das Schaltelement 26 ist dazu ausgebildet, das zweite Getriebeelement 24 mit dem ersten Getriebeelement 20 drehfest zu verbin- den. Dazu wird das Schaltelement 26 in den geschlossenen Zustand verstellt, um so den zweiten Gang als Übersetzungsstufe einzulegen. Das mit Muskelkraft erzeugte Antriebsmoment kann so von der Tretkurbel 12 über das erste Getriebeelement 20 an das zweite Getriebeelement 24 übertragen werden.
Das zweite Getriebeelement 24 bildet mit einem an einer Zwischenwelle 28 perma- nent drehfest verbundenen weiteren Zahnrad 30 eine Stirnradstufe. Eine weitere Stirnradstufe mit weiteren Zahnrädern 32, 34 überträgt das Drehmoment im zweiten Gang an eine Abtriebswelle 36. Die Abtriebswelle 36 ist permanent drehfest mit dem Abtrieb 22 verbunden und bildet diesen somit mit aus. In dem zweiten Gang wird als das durch Muskelkraft erzeugte Antriebsmoment über zwei Stirnradstufe des Getrie- bes 18 an den Abtrieb 22 übertragen.
Um den ersten Gang als Übersetzungsstufe einzulegen, kann bei dem komplexeren Getriebe 18 gemäß Fig. 3 ein anderes Schaltelement geschlossen werden und das Schaltelement 26 geöffnet werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Getriebe 18 wird das Schaltelement 26 so betätigt, dass die Verbindung zwischen dem ersten Getriebeele- ment 20 und dem zweiten Getriebeelement 24 gelöst wird. Diese Verbindung wird also bei dem Schaltelement 26 geöffnet. Das Schaltelement 26 wird dann so ver- stellt, dass das erste Getriebeelement 20 mit der Abtriebswelle 36 als drittes Getrie- beelement drehfest verbunden wird. In dem ersten Gang wird als das durch Muskel- kraft erzeugte Antriebsmoment ohne Stirnradstufen des Getriebes 18 an den Ab- trieb 22 übertragen. Die Übersetzung ist im ersten Gang des Getriebes 18 kleiner als im zweiten Gang.
Weiterhin weist der Fahrradantrieb 10 einen elektrischen Antriebsmotor 38 auf. Der Antriebsmotor 38 ist mit einer weiteren Stirnradstufe 40 mit dem Abtrieb 22 perma- nent mechanisch wirkverbunden, wobei in weiteren Ausführungsformen eine aktiv und alternativ oder zusätzlich selbsttätig schaltbare Verbindung zu dem Abtrieb 22 vorgesehen ist. Der Antriebsmotor 38 kann eine elektrische Energie in eine motorisch bereitgestellte Antriebskraft wandeln, welche ebenfalls an den Antrieb 22 übertragen wird und den Fahrer des Fahrrads beim Antreiben des Fahrrads unterstützen kann.
Sofern beispielsweise von dem zweiten Gang in den ersten Gang gewechselt werden soll, kann der Fahrer einen entsprechenden Schalthebel zum Verstellen des Schalt- elements 26 betätigen. Es ergibt sich eine Schaltstufenwechselanforderung. Sofern an dem Schaltelement 26 jedoch weiter eine Last anliegt, beispielsweise weil der Fahrer weiterhin fest in die Pedale 16 tritt, können jeweilige Reaktionskräfte jedoch ein Lösen der Verbindung des ersten Getriebeelements 20 mit dem zweiten Getrie- beelement 24 durch das Schaltelement 26 blockieren. Entsprechend kommt es nicht oder nur verspätet zu einem Gangwechsel, was für den Fahrer unangenehm sein kann.
Um dies zu verhindern, weist der Fahrradantrieb 10 eine Steuervorrichtung 42 auf, welche eine Antriebskraft des Antriebsmotors 38 steuert. Der Fahrradantrieb 10 ist zudem dazu ausgebildet, mit einem in Fig. 1 veranschaulichten Verfahren betrieben zu werden.
In einem ersten Schritt 44 wird die Schaltstufenwechselanforderung, also bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Betätigung des Schalthebels, durch die Steuervorrichtung 42 erfasst. Die Steuervorrichtung 42 steuert in einem zweiten Schritt 46 den Antriebsmotor 38 in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwech- selanforderung, um eine an dem Schaltelement 26 anliegende Last zu reduzieren. Beispielsweise wird eine Rotation einer Abtriebswelle 48 des Antriebsmotors 38 be- schleunigt gegenüber einer Rotation vor Erfassen der Schaltstufenwechselanforde- rung. Dadurch kann eine Last an dem Schaltelement 26 reduziert werden, indem das zweite Getriebeelement 24 nun trotz weiteren Tretens des Fahrers in die Pedale 16 annähernd so schnell dreht oder sogar schneller dreht wie das erste Getriebeele- ment 20. Dadurch werden jeweilige Reaktionskräfte an dem Schaltelement 26 redu- ziert und die Verbindung des ersten Getriebeelements 20 mit dem zweiten Getriebe- element 24 kann zuverlässig durch das Schaltelement 26 gelöst werden. Die Steuerung des Antriebsmotors 38 in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstu- fenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement 26 anliegende Last zu redu- zieren, erfolgt in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel für eine vorgegebene Zeitdauer. Anschließend wird der Antriebsmotor 38 wieder mit einem normalen Mo- dus gesteuert, welcher beispielsweise die Motorunterstützung beim Antreiben des Fahrrads in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Tretkurbelwelle 12 und optional ei- nem eingelegten Gang sowie weiter optional einer Unterstützungsstufe steuert. Das Verfahren gemäß Fig. 1 wird in einer anderen Ausführungsform nur zur Steuerung des Antriebsmotors 38 genutzt, sofern das Fahrrad rein mit Muskelkraft angetrieben werden soll.
In den Fig. 3, 4 und 5 ist gezeigt, dass das erste Getriebeelement 24 eine Außenver- zahnung an der Welle aufweist. Koaxial mit der Welle sind jeweilige weitere Getriebe- elemente axial nebeneinander angeordnet, darunter auch das zweite Getriebeele- ment 26. Das Schaltelement 26 ist als formschlüssige Sperrklinke ausgebildet, was gut in Fig. 6 und Fig. 7 zu erkennen ist.
Das Schaltelement 26 weist eine Scheibe 50 auf, durch deren Betätigung eine Klinke 52 in Eingriff mit der Verzahnung des ersten Getriebeelements 24 gebracht wird. Der Zustand mit Eingriff und damit die Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Getriebeelement 20 und dem zweiten Getriebeelement 24 ist in Fig. 7 gezeigt. Der offene Zustand ohne Eingriff und damit ohne Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Getriebeelement 20 und dem zweiten Getriebeelement 24 ist in Fig. 6 gezeigt.
In Fig. 7 ist eine Reaktionskraft 56 veranschaulicht, welche auf die Klinke 52 wirkt und wie oben beschrieben das Verstellen in den offenen Zustand verhindern kann. Eine Feder 54 des Schaltelement 26 hat dann nicht mehr ausreichend Federkraft, die Klinke 52 vom Eingriff zu lösen. Entsprechend dem Verfahren gemäß Fig. 1 kann der Antriebsmotor 38 derart gesteuert werden, dass das Schaltelement 26 nicht mehr un- ter so hoher Last steht, dass die Feder 54 den Eingriff nicht lösen kann. In einer anderen Ausführungsform leitet der Antriebsmotor 38 seine Antriebskraft im Drehmomentfluss tretkurbelseitig in den Fahrradantrieb 10 ein, indem der An- triebsmotor 38 mit der Tretkurbelwelle 12 oder dem ersten Getriebeelement 20 me- chanisch wirkverbunden ist. Zur Lastreduktion an dem Schaltelement 26 wird dann nicht mehr das zweite Getriebeelement 24 mit dem Antriebsmotor 38 beschleunigt, sondern das erste Getriebeelement 20 gebremst.
Bezuqszeichen
Fahrradantrieb
Tretkurbelwelle
Tretkurbel
Pedal
Getriebe erstes Getriebeelement
Abtrieb zweites Getriebeelement
Schaltelement
Zwischenwelle
Zahnrad
Zahnrad
Zahnrad
Abtriebswelle elektrischer Antriebsmotor
Stirnradstufe
Steuervorrichtung erster Schritt zweiter Schritt
Abtriebswelle des Antriebsmotors
Scheibe
Klinke
Feder
Reaktionskraft

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrradantriebs (10), wobei der Fahrradan- trieb (10) eine Tretkurbelwelle (12), einen elektrischen Antriebsmotor (38) und ein Getriebe (18) mit einem Schaltelement (26) zum Übersetzungsstufenwechsel, einem ersten Getriebeelement (20) und einem zweiten Getriebeelement (24) aufweist, wo- bei das Getriebe (18) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der Tretkurbel- welle (12) an einen Abtrieb (22) des Fahrradantriebs (10) schaltbar mit wenigstens einer ersten Übersetzungsstufen und einer zweiten Übersetzungsstufe zu übertra- gen, wobei das erste Getriebeelement (20) mit dem zweiten Getriebeelement (24) bei einer der zwei Übersetzungsstufen zur Drehmomentübertragung mittels des Schalt- elements (26) verbunden ist, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist:
- Erfassen einer Schaltstufenwechselanforderung;
- Steuern des Antriebsmotors (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstu- fenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern des An- triebsmotors (38), um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzie- ren, nur erfolgt, wenn die erfasste Schaltstufenwechselanforderung eine Wechselan- forderung von einer höheren Übersetzungsstufe zu einer niedrigeren Übersetzungs- stufe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der An- triebsmotor (38) dazu ausgebildet ist, antriebsseitig zu dem Schaltelement (26) ein Motordrehmoment in den Fahrradantrieb (10) einzuleiten und der Antriebsmotor (38) aufgrund des Steuerns, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu re- duzieren, eines der zwei Getriebeelemente (20, 24) mit dem Motordrehmoment als ein bremsendes Motordrehmoment beaufschlagt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der An- triebsmotor (38) dazu ausgebildet ist, abtriebsseitig zu dem Schaltelement (26) ein Motordrehmoment in den Fahrradantrieb (10) einzuleiten und der Antriebsmotor (38) aufgrund des Steuerns, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu re- duzieren, eines der zwei Getriebeelemente (20, 24) mit dem Motordrehmoment als ein beschleunigendes Motordrehmoment beaufschlagt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern des Antriebsmotors (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzieren, für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt eines Erfassens eines Schaltstufenwechsels aufweist und das Steuern des Antriebsmotors (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzieren, erfolgt, bis der Schaltstufenwechsel erfasst wurde.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen weiteren Schritt eines Steuerns des Antriebsmo- tors (38) aufweist, um ein durch den Antriebsmotor (38) verursachtes Schleppmo- ment zu reduzieren, sofern keine Antriebsunterstützung bei dem Antriebsmotor (38) angefordert ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (18) ein schaltbares Freilaufelement aufweist, wobei der An- triebsmotor (38) mittels des Freilaufelements zur Drehmomentübertragung mit dem Getriebe (18) verbindbar ist, wobei das Verfahren einen Schritt eines Herstellens ei- ner Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsmotor (38) und dem Abtrieb (22) mittels des Freilaufelements, sofern der Antriebsmotor (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung gesteuert wird, um eine an dem Schalt- element (26) anliegende Last zu reduzieren, aufweist.
9. Fahrradantrieb (10), wobei der Fahrradantrieb (10) wenigstens eine Tretkurbel- welle (12), einen elektrischen Antriebsmotor (38), eine Steuervorrichtung (42) und ein Getriebe (18) mit einem Schaltelement (26) zum Übersetzungsstufenwechsel, mit ei- nem ersten Getriebeelement (20) und mit einem zweiten Getriebeelement (24) auf- weist, wobei das Getriebe (18) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der Tret- kurbelwelle (12) an einen Abtrieb (22) des Fahrradantriebs (10) schaltbar mit wenigs- tens einer ersten Übersetzungsstufen und einer zweiten Übersetzungsstufe zu über- tragen, wobei das erste Getriebeelement (20) mit dem zweiten Getriebeelement (24) bei einer der zwei Übersetzungsstufe zur Drehmomentübertragung mittels des Schaltelements (26) verbunden ist, und wobei die Steuervorrichtung (42) dazu aus- gebildet ist, eine Schaltstufenwechselanforderung zu erfassen und den Antriebsmo- tor (38) in Abhängigkeit von der erfassten Schaltstufenwechselanforderung zu steu- ern, um eine an dem Schaltelement (26) anliegende Last zu reduzieren.
10. Fahrradantrieb (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalt- element (26) als formschlüssiges oder reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
11 . Fahrrad mit einem Fahrradantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che 9 oder 10.
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