EP4405600A1 - Antriebssystem für ein leichtfahrzeug - Google Patents

Antriebssystem für ein leichtfahrzeug

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Publication number
EP4405600A1
EP4405600A1 EP22782832.4A EP22782832A EP4405600A1 EP 4405600 A1 EP4405600 A1 EP 4405600A1 EP 22782832 A EP22782832 A EP 22782832A EP 4405600 A1 EP4405600 A1 EP 4405600A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive system
torque
electric motor
transmission
designed
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
EP22782832.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gereon Hellenbroich
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.)
FEV Group GmbH
Original Assignee
FEV Group GmbH
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
Priority claimed from DE102021004710.9A external-priority patent/DE102021004710A1/de
Application filed by FEV Group GmbH filed Critical FEV Group GmbH
Publication of EP4405600A1 publication Critical patent/EP4405600A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • F16H3/0915—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft with coaxial input and output shafts

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a light vehicle, comprising a planetary gear, an electric motor and a gear, as well as a control unit and a light vehicle.
  • DE 10 2021 001 222 A1 discloses a drive system for a light vehicle comprising a gearbox and an electric motor, the gearbox comprising a group gearbox with a first and a second group and a shaft, the first group being designed to absorb an input torque which Shaft is designed to connect the first group and the electric motor to the second group, so that the shaft can transmit the input torque from the first group and the torque of the electric motor to the second group, and the second group is designed to take up the shaft Output torque and a torque absorbed by the shaft from the electric motor.
  • the drive system according to the invention for a light vehicle comprises a planetary gear, an electric motor and a gear, wherein
  • the planetary gear comprises a carrier with at least two planetary gears, a ring gear and a sun gear,
  • the planetary gear is designed to absorb an input torque via the web and to deliver it via the sun gear
  • the electric motor is connected to the sun gear of the planetary gear and
  • the transmission is designed to absorb the total torque delivered by the planetary gear and the electric motor and deliver it as an output torque.
  • the electric motor is connected to the sun gear of the planetary gear allows the invention that the electric motor can superimpose the input torque and so the total torque acting on the gear can be provided.
  • a load-free transmission is also possible in this way.
  • the invention thus enables protection against theft in that the electric motor prevents the transmission from rotating by applying a torque.
  • connection between the electric motor and the sun gear can be detachable so that, for example, a switchable freewheel can interrupt the connection between the electric motor and the sun gear at a specific load or a specific speed of the light vehicle.
  • Vehicles such as bicycles, cargo bikes or even rickshaws are understood here as light vehicles. They usually include two wheels, but can also be designed with three or four wheels.
  • the input torque means a load that is applied to drive the light vehicle. This is preferably provided by a driver on a pedal shaft of the light vehicle.
  • a total torque is understood here to be a torque that results from a torque delivered by the planetary gear at the sun gear superimposed with the torque of the electric motor.
  • Output torque is understood here as a torque that can be output at the output of the drive system.
  • the total torque particularly in the case of a multi-gear transmission, is converted in the transmission and the converted torque is output as the output torque.
  • the output torque is preferably used to drive a chain or belt which in turn can rotate a rear wheel of the light vehicle.
  • the transmission preferably has a multi-speed design and all switching points of the transmission are arranged behind the planetary gear and the electric motor in relation to a power flow from the input of the planetary gear in the direction of the output of the gear.
  • the invention enables that the transmission can be protected from overload. This is because the electric motor is upstream of the transmission and by adjusting the torque provided by the electric motor, the total torque that is absorbed by the transmission can be adjusted.
  • the invention thus enables the electric motor to apply a torque which is inverse to the input torque, thereby reducing the torque transmitted to the transmission or making the transmission unloaded.
  • gear changes are made possible in the transmission, which is designed as a multi-speed transmission, even with positive-locking shift points.
  • connection between the sun wheel and the electric motor is preferably designed to be able to pull and push.
  • the invention makes it possible for the electric motor to apply a torque that supports the input torque or a torque that counteracts the input torque. In this way, the output torque can be increased or the gearbox can be relieved.
  • the ring gear is preferably secured against twisting in one direction of rotation via a freewheel.
  • the invention enables the input torque to be advantageously transmitted in a first direction of rotation via the sun gear on the one hand and, on the other hand, to decouple the input torque and transmission and electric motor in the other direction of rotation becomes.
  • braking energy can be recovered in an advantageous manner, with a pedal and/or crankshaft of the drive system being able to stand still.
  • the drive system preferably includes a shifting device, and the transmission includes a shiftable shaft, with the shifting device being designed to shift the shiftable shaft.
  • the invention enables an advantageous adjustment of the switchable shaft.
  • the switching device is preferably designed to be electrical and the switchable shaft is designed to be electrically switchable.
  • comfort can be increased and automatic switching made possible.
  • the drive system according to the invention advantageously enables automatic shifting in particular in that the electric motor can superimpose the input torque and the total torque acting on the transmission can thus be adjusted.
  • a load-free state of the transmission that can be set in this way can be used advantageously for automatic shifting.
  • a switchable shaft is understood here as a shaft that is adjustable or has switchable elements. By switching the shaft or the switchable elements, a non-positive connection can be produced between the switchable shaft and at least one gearwheel of the transmission.
  • a transmission ratio of the transmission can preferably be set by shifting the switchable shaft.
  • the control device according to the invention for a drive system according to the invention is designed and set up to determine a target torque and to control the electric motor based on the determined target torque.
  • the invention enables a total torque acting on the transmission to be adjusted.
  • This has the advantage that the transmission can be operated without a load or with a reduced load, for example.
  • the invention enables the transmission to be shifted even with positive-locking shift points.
  • the adaptation of the total torque can also be used to comply with limit torques of the transmission, to improve drivability, to implement a parking lock and/or to carry out automatic shifting of the transmission.
  • the light vehicle according to the invention comprises a drive system according to the invention and/or a control unit according to the invention.
  • the light vehicle according to the invention comprises a drive system according to the invention and/or a control unit according to the invention, the invention enables load-free or load-reduced shifting even when an input torque is present.
  • the dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of a drive system for a bicycle
  • Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of a drive system for a bicycle
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of a drive system for a bicycle.
  • FIG. 1 shows a drive system 1 for a bicycle.
  • the drive system 1 includes a planetary gear 2, an electric motor 3 and a gear 4.
  • the drive system 1 shown here is installed in a bicycle, not shown, as a central motor.
  • the planetary gear 2 comprises a carrier 5 with three planetary gears 6 , a ring gear 7 and a sun gear 8 and is designed to absorb an input torque Mein via the carrier 5 and to deliver it via the sun gear 8 .
  • the drive system includes a crankshaft 9 which is connected to the carrier 5 of the planetary gear 2 in such a way that the planetary gear 2 can absorb the input torque Mein from the crankshaft 9 via the carrier 5 .
  • the ring gear 7 is secured via a freewheel 10 against twisting in one direction of rotation.
  • the freewheel 10 is implemented here by a sawtooth profile 11 on the ring gear 7 and a pawl 12 on a housing part of the drive system 1 .
  • the electric motor 3 is connected to the sun gear 8 of the planetary gear 2 .
  • the drive system 1 here comprises a sprocket 13 which transmits the output torque Mab via a chain 14 to a rear wheel 15 of the bicycle.
  • the driving of the rear wheel 15 takes place via a belt drive with a belt and a pulley.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the drive system 1.
  • An input torque of a rider of the bicycle is transmitted to the transmission 2 via the crankshaft 9.
  • the input torque is composed of two torques (Mein.L, Mein.R) of a left pedal crank seen in the direction of travel F and a right pedal crank seen in the direction of travel F.
  • the drive system 1 includes the planetary gear 2 at the input.
  • the planetary gear 2 is designed to reduce the input torque and increase the input speed accordingly.
  • the planetary gear 2 has a gear ratio of about 0.3 here, so that the input speed is approximately tripled and the input torque is roughly divided in three.
  • the input torque converted in this way is output by the planetary gear 2 via the sun gear 8 to a first hollow shaft 21 .
  • the electric motor 3 is connected to the sun gear 8 via the first hollow shaft 21 in such a way that the first hollow shaft 21 can absorb the total torque from the torque of the electric motor 3 and the converted torque of the planetary gear 2 .
  • connection between the sun gear 8 and the electric motor 3 is designed with several spur gears 41, 42, 43, 44, 45 capable of pulling and pushing. This makes it possible for the electric motor 3 to contribute a torque that is in the same direction or in the opposite direction to the torque of the sun wheel 8 and can thus increase or also reduce the total torque.
  • connection between the sun gear 8 and the electric motor 3 is still single-speed, so the transmission ratio cannot be changed in order to avoid unnecessary complexity in the drive system.
  • the torque of the electric motor 3 is increased and a speed reduced.
  • an adjustment to the torque and speed present at the sun gear is achieved, so that the total torque can be set advantageously.
  • the transmission has 4 multiple gears and includes six switching points 46. All switching points 46 of the transmission 4 are arranged behind the planetary gear 2 and the electric motor 3 in relation to a power flow from the input of the planetary gear 2 in the direction of the output of the gear 4. This makes it possible for all shift points 46 of the transmission 4 to be shifted load-free by adjusting the torque of the electric motor 3 or for a torque acting on the shift points 46 to be reduced at least to the extent that shifting the shift points 46 is advantageously possible.
  • All switching points 46 of the transmission 4 are designed to be able to pull and push, so that a non-positive connection between the gear pairs 23, 24 and the switchable shaft 53 is possible in both load directions.
  • the transmission 4 can transmit a torque in both directions and, for example, can recuperate braking energy in addition to driving the rear wheel 15 of the bicycle.
  • the transmission 4 is designed as a spur gear and includes a first 51 and a second 52 group.
  • the transmission 4 also includes a switchable shaft 53 which is designed to connect the first group 51 to the second group 52 .
  • the switchable shaft 53 comprises a first 54 and a second 55 actuating element, which can be moved in the axial direction of the switchable shaft 53 and thus enable the transmission 4 to be shifted.
  • the first group 51 is designed to absorb the total torque from the sun wheel 8 and from the electric motor 3 via the first hollow shaft 21 .
  • the first group 4 has three pairs of gears 23 , one gear of each pair of gears 23 being connected to a hollow shaft 21 .
  • the other gear of each gear pair 23 is arranged on the shiftable shaft 53 .
  • a non-positive connection exists between the switchable shaft 53 and a gear pair 23 only if the switchable shaft 53 and a gear pair 23 are non-positively connected by the first actuating element 54 .
  • the first actuating element 54 is switched in such a way that the switchable shaft 53 and the central gear wheel pair 23 are connected in a non-positive manner.
  • the total torque is thus transmitted to the shiftable shaft 53 via the central gear pair 23, since the two gears of each gear pair 23 are in mesh with one another.
  • the left-hand outer pair of gears 23 seen in the direction of travel F connects the electric motor 3 to the sun gear 8 and thus transmits the torque of the electric motor to the first hollow shaft 21.
  • the right-hand outer pair of gears 23 seen in the direction of travel F rotates here without transmitting a torque, since it is driven by the first hollow shaft 21, but is not positively connected to the switchable shaft 53.
  • the second group 52 is designed to deliver the torque absorbed by the switchable shaft 53 via the central pair of gear wheels 23 .
  • the second group 52 like the first group 51, includes three pairs of gears 24.
  • One gear of each pair of gears 24 is non-positively connected to a second hollow shaft 22.
  • the other gear of each pair of gears 24 is arranged on the shiftable shaft 53 .
  • a non-positive connection exists between the switchable shaft 53 and a gear pair 24 only if the switchable shaft 53 and a gear pair 24 are non-positively connected by the second actuating element 55 .
  • the second actuating element 55 is switched in such a way that the switchable shaft 53 and the central gear wheel pair 24 are non-positively connected.
  • the torque absorbed by the switchable shaft 53 via the middle pair of gears 23 is transmitted to the second hollow shaft 22 via the middle pair of gears 24, since the two gears of each pair of gears 24 mesh with one another.
  • the two outer pairs of gear wheels 24 rotate here without transmitting a torque, since they are driven by the second hollow shaft 22 but are not positively connected to the switchable shaft 53 .
  • the first group 51 and the second group 52 have gear ratios here, so that a spread or a development of 450% distributed over nine largely evenly spaced gears is achieved.
  • the first 51 and the second 52 Group depending on the application higher or lower developments.
  • a transmission ratio of the first 51 and/or the second 52 group can be changed by different gear pairs 23, 24 of the first 51 and/or of the second 52 group can be non-positively connected to the switchable shaft 53.
  • the ring gear 13 is arranged in a non-positive manner, which serves as an output.
  • the torque transmitted from the middle pair of gears 24 to the second hollow shaft 22 is transmitted as output torque Mab from the sprocket 13 via the chain 14 to the rear wheel 15 of the bicycle.
  • the first 21 and the second 22 hollow shaft are arranged coaxially, so that the torque input via the crankshaft 9 on the web 5 of the planetary gear and the torque output on the ring gear 13 are arranged coaxially.
  • the crankshaft 9 can be mounted within the first 21 and the second 22 hollow shaft and an installation space can be advantageously used.
  • Ring gear 7 of planetary gear 2 is secured against twisting in one direction of rotation by freewheel 10 because carrier 5, planetary gears 6 and sun gear 8 are movable and torque is to be transmitted.
  • a recovery of braking energy is advantageously implemented in this way.
  • the transmission 4 is operated with the load direction reversed.
  • the braking energy is thus introduced via the ring gear 13 into the second group 52, transmitted to the switchable shaft 6 via a gear wheel pair 24 non-positively connected to the switchable shaft 53 and via the first group 51 and the gear wheels 41, 42, 43, 44, 45 fed to the electric motor 3, which can then be used as a generator.
  • the electric motor 3 which can then be used as a generator.
  • the freewheel 10 implements an easily implementable decoupling of the transmission 4 and the pedal movement.
  • the freewheel includes a strain gauge, not shown, as a force transducer for torque measurement, in the power flow from the pawl of the freewheel to the housing.
  • the freewheel comprises a number of strain gauges.
  • strain gauges The detection of the input torque using strain gauges is easier to implement in terms of design and is also cheaper compared to systems for determining torque that are usually installed on e-bikes.
  • the detected input torque is used to control the electric motor 3 here.
  • the drive system 1 includes an electrical switching device, not shown.
  • the electrical switching device includes two servomotors, each of which actuates a spindle.
  • One of the spindles actuates a first shift lever, via which the first actuating element 54 is moved.
  • the other spindle actuates a second shift lever, via which the second actuating element 55 is moved.
  • the drive system 1 enables electrical switching.
  • automatic shifting is implemented using the torque detected by the strain gauge by preferably shifting the shiftable shaft 53 when an input torque is low in the course of rotation.
  • a counter-torque to the input torque can be actively applied by the electric motor 3 . This increases comfort and reduces wear on the transmission 2 .
  • the drive system 1 includes a decoupling device 60, through which the electric motor 3 can be decoupled.
  • a decoupling device 60 through which the electric motor 3 can be decoupled.
  • This has the advantage that the bicycle can also be ridden without the support of the electric motor 3 .
  • the electric motor 3 does not have to be dragged along, so that friction losses are reduced.
  • the drive system 1 is designed without a decoupling device.
  • FIG. 3 shows the drive system in a sectional view.
  • the switchable shaft 53 can be seen here, which includes a first guide groove 64 for the first actuating element 54 (not shown here) and a second guide groove 65 for the second actuating element 55 (not shown here).
  • the gearwheels of the gearwheel pairs 23 and 24 arranged on the switchable shaft 53 are also shown. Since the gear wheel 44 of the left-hand outer pair of gear wheels 23 viewed in the direction of travel F connects the electric motor 3 to the sun gear 8 in order to transmit the torque of the electric motor 3 to the first hollow shaft 21, it is always torque-loaded, regardless of a shift position of the first actuating element 54, when the electric motor 3 outputs or absorbs a torque. In order to enable an advantageous mounting of the gear wheel 44 despite this higher load, a roller bearing 61 of the gear wheel 44 is provided here, so that friction and wear can be reduced.
  • the bicycle includes a control unit (not shown) for the drive system, the control unit being designed and set up to determine a target torque and to control the electric motor based on the target torque determined. As a result, the total torque transmitted to the transmission 4 can be adjusted.
  • the control unit is also designed to detect a shift request. If there is a desire to shift, the control unit controls the electric motor 3 based on the target torque determined, so that a torque absorbed by the transmission 4 is at least reduced. In this way, the transmission can be made load-free or the total torque transmitted to the transmission 4 can at least be reduced to such an extent that shifting is possible.
  • control unit is designed and set up to compare the detected input torque with predefined limit torques. If the comparison shows that the specified limit torques are exceeded, the control unit determines a target torque that opposes the input torque and controls the electric motor based on the determined target torque. torque. As a result, the transmission 4 can be relieved and the specified limit torques can be maintained, so that damage to the transmission 4 can be avoided or at least reduced.
  • the control device is also designed and set up to determine an undesired movement of the bicycle.
  • the control unit carries out the determination based on the acceleration information of the bicycle.
  • the controller determines the target torque such that an output speed of the transmission 4 is regulated to zero or at least reduced, and controls the electric motor based on the determined target torque. In this way, for example, pushing or undesired driving away of the bicycle can be prevented or at least counteracted.
  • the control device determines an undesired movement of the bicycle additionally or alternatively based on a rotational speed and/or GPS data.
  • the control device is also designed and set up to determine a parking request or a parking state.
  • a parking request can be specified explicitly by a driver, for example through an input.
  • the control unit determines a parked state, for example, based on a folded-out state of a bicycle stand. If the determination indicates a parking request or condition, the controller determines the target torque such that the transmission is prevented from twisting and controls the electric motor based on the target torque. This can prevent the bike from rolling away unintentionally.
  • the control unit is also designed and set up to switch the transmission 4 automatically.
  • the control device determines a current incline of a roadway for the bicycle and a speed of the bicycle. Based on the gradient determined and the speed determined, the control unit determines a desired transmission ratio of the transmission 4. If the desired transmission ratio deviates from a current transmission ratio of the transmission 4, the control unit initiates a shifting process.
  • the control device controls the electric motor 3 based on the determined target torque, so that a torque absorbed by the transmission 4 is at least reduced. In this way, the transmission can be made load-free or the total torque transmitted to the transmission 4 can be reduced at least as far that switching is possible.
  • the control unit in order to determine the desired gear ratio, the control unit alternatively or additionally records a road surface condition, a heart rate, a time of day and/or weather conditions.
  • the control unit is designed and set up to learn a driver's preference. For example, automatic shifting can be adapted to individual preferences, in that the control unit learns a driver's desired gear ratios depending on speed and cadence, for example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug, umfassend ein Planetengetriebe, einen Elektromotor und ein Getriebe, sowie ein Steuergerät und ein Leichtfahrzeug. Das erfindungsgemäße Antriebssystem (1) für ein Leichtfahrzeug umfasst ein Planetengetriebe (2), einen Elektromotor (3) und ein Getriebe (4), wobei - das Planetengetriebe (2) einen Steg (5) mit zumindest zwei Umlaufrädern (6), ein Hohlrad (7) und ein Sonnenrad (8) umfasst, - das Planetengetriebe (2) ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment über den Steg (5) aufzunehmen und über das Sonnenrad (8) abzugeben, - der Elektromotor (3) mit dem Sonnenrad (8) des Planetengetriebes (2) verbunden ist und - das antriebssystem für ein leichtfahrzeugantriebssystem für ein leichtfahrzeugantriebssystem für ein leichtfahrzeugantriebssystem für ein leichtfahrzeugGetriebe (4) ausgebildet ist, das von dem Planetengetriebe (2) und dem Elektromotor (3) abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment abzugeben.

Description

Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug, umfassend ein Planetengetriebe, einen Elektromotor und ein Getriebe, sowie ein Steuergerät und ein Leichtfahrzeug.
Aus der DE 10 2021 001 222 A1 ist ein Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug umfassend ein Getriebe und einen Elektromotor bekannt, wobei das Getriebe ein Gruppengetriebe mit einer ersten und einer zweiten Gruppe und eine Welle umfasst, die erste Gruppe ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment aufzunehmen, die Welle ausgebildet ist, die erste Gruppe und den Elektromotor mit der zweiten Gruppe zu verbinden, so dass die Welle das Eingangsdrehmoment von der ersten Gruppe und das Drehmoment des Elektromotors auf die zweite Gruppe übertragen kann und die zweite Gruppe ausgebildet ist, das von der Welle aufgenommenes Eingangsdrehmoment und ein von der Welle aufgenommenes Drehmoment vom Elektromotor abzugeben.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug umfasst ein Planetengetriebe, einen Elektromotor und ein Getriebe, wobei
- das Planetengetriebe einen Steg mit zumindest zwei Umlaufrädern, ein Hohlrad und ein Sonnenrad umfasst,
- das Planetengetriebe ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment über den Steg aufzunehmen und über das Sonnenrad abzugeben,
- der Elektromotor mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist und
- das Getriebe ausgebildet ist, das von dem Planetengetriebe und dem Elektromotor abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment abzugeben.
Dadurch, dass der Elektromotor mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist, ermöglicht die Erfindung, dass der Elektromotor das Eingangsdrehmoment überlagern kann und so das auf das Getriebe wirkende Summendrehmoment einge- stellt werden kann. Auch eine Lastfreiheit des Getriebes ist so möglich. Weiterhin ermöglicht die Erfindung so einen Diebstahlschutz, indem der Elektromotor durch ein Anlegen eines Drehmoments ein Drehen des Getriebes verhindert.
Die Verbindung zwischen Elektromotor und Sonnenrad kann hierbei lösbar ausgeführt sein, so dass beispielsweise ein schaltbarer Freilauf bei einer bestimmten Last oder einer bestimmten Geschwindigkeit des Leichtfahrzeug die Verbindung zwischen Elektromotor und Sonnenrad unterbrechen kann.
Als Leichtfahrzeug werden hier Fahrzeuge wie Fahrräder, Lastenräder oder auch Rikschas verstanden. Sie umfassen in der Regel zwei Räder, können aber auch drei- oder vierrädrig ausgeführt sein.
Als Eingangsdrehmoment wird hier eine Last verstanden, die zum Antreiben des Leichtfahrzeugs aufgebracht wird. Diese wird vorzugsweise durch einen Fahrenden auf einer Pedalwelle des Leichtfahrzeugs bereitgestellt.
Als Summendrehmoment wird hier ein Drehmoment verstanden, das sich aus einem vom Planetengetriebe am Sonnenrad abgegebenes Drehmoment überlagert mit dem Drehmoment des Elektromotors ergibt.
Als Ausgangsdrehmoment wird hier ein Drehmoment verstanden, das am Ausgang des Antriebssystems abgegeben werden kann. Dabei wird das Summendrehmoment, insbesondere bei einem mehrgängigen Getriebe, im Getriebe gewandelt und das gewandelte Drehmoment als Ausgangsdrehmoment ausgegeben. Das Ausgangsdrehmoment wird vorzugsweise zum Antreiben einer Kette oder eines Riemens, die oder der wiederum ein Hinterrad des Leichtfahrzeugs in eine Rotationsbewegung versetzen kann, verwendet.
Vorzugsweise ist das Getriebe mehrgängig ausgeführt und alle Schaltstellen des Getriebes sind, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes in Richtung des Ausgangs des Getriebes, hinter dem Planetengetriebe und dem Elektromotor angeordnet.
Dadurch, dass alle Schaltstellen des Getriebes, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes in Richtung des Ausgangs des Getriebes, hinter dem Planetengetriebe und dem Elektromotor angeordnet sind, ermöglicht die Erfindung, dass das Getriebe vor einer Überlastung geschützt werden kann. Denn der Elektromotor ist dem Getriebe vorgelagert und durch Einstellen des durch den Elektromotor bereitgestellten Drehmoments kann das Summendrehmoment, das von dem Getriebe aufgenommen wird, angepasst werden.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung so, dass der Elektromotor ein zum Eingangsdrehmoment umgekehrtes Drehmoment anlegt, wodurch das auf das Getriebe übertragene Drehmoment reduziert wird oder das Getriebe lastfrei gestellt wird. Dadurch werden Gangwechsel in dem als Mehrganggetriebe ausgeführten Getriebe auch bei formschlüssigen Schaltstellen ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Elektromotor zug- und schubfähig ausgeführt.
Dadurch, dass die Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Elektromotor zug- und schubfähig ausgeführt ist, ermöglicht die Erfindung, dass der Elektromotor ein das Eingangsdrehmoment unterstützendes oder ein dem Eingangsdrehmoment entgegenwirkendes Drehmoment anbringen kann. So kann das Ausgangsdrehmoment erhöht werden oder das Getriebe entlastet werden.
Vorzugsweise ist das Hohlrad über einen Freilauf gegen Verdrehen in eine Drehrichtung gesichert.
Dadurch, dass das Hohlrad über einen Freilauf gegen Verdrehen in einer Drehrichtung gesichert ist, ermöglicht die Erfindung, dass das Eingangsdrehmoment einerseits in einer ersten Drehrichtung über das Sonnenrad vorteilhaft übertragen werden kann und andererseits in der anderen Drehrichtung eine Entkoppelung von Eingangsdrehmoment und Getriebe sowie Elektromotor ermöglicht wird. So kann beispielsweise eine Rückgewinnung von Bremsenergie vorteilhaft realisiert werden, wobei eine Pedal- und/oder Kurbelwelle des Antriebssystems stillstehen kann.
Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem eine Schaltvorrichtung, umfasst das Getriebe eine schaltbare Welle, wobei die Schaltvorrichtung ausgebildet ist, die schaltbare Welle zu schalten.
Dadurch, dass das Antriebssystem eine Schaltvorrichtung umfasst, ermöglicht die Erfindung ein vorteilhaftes Verstellen der schaltbaren Welle. Bevorzugt sind die Schaltvorrichtung elektrisch ausgeführt und die schaltbare Welle elektrisch schaltbar ausgeführt. Dadurch können ein Komfort erhöht und ein automatisches Schalten ermöglicht werden. Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht ein automatisches Schalten insbesondere dadurch auf vorteilhafte Weise, dass der Elektromotor das Eingangsdrehmoment überlagern kann und so das auf das Getriebe wirkende Summendrehmoment eingestellt werden kann. Insbesondere eine so einstellbare Lastfreiheit des Getriebes kann vorteilhaft für das automatische Schalten genutzt werden.
Als schaltbare Welle wird hier eine Welle verstanden, die verstellbar ist oder schaltbare Elemente aufweist. Durch Schalten der Welle oder der schaltbaren Elemente kann ein Kraftschluss zwischen der schaltbaren Welle und zumindest einem Zahnrad des Getriebes hergestellt werden. Bevorzugt kann durch Schalten der schaltbaren Welle ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem ist ausgebildet und eingerichtet, ein Zieldrehmoment zu bestimmen und den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment zu steuern.
Dadurch, dass das Steuergerät den Elektromotor basierend auf einem bestimmten Zieldrehmoment steuert, ermöglicht die Erfindung, dass ein auf das Getriebe wirkendes Summendrehmoment angepasst werden kann. Das hat den Vorteil, dass das Getriebe beispielsweise lastfrei oder mit einer reduzierten Last betrieben werden kann. Dadurch ermöglicht die Erfindung ein Schalten des Getriebes auch bei formschlüssigen Schaltstellen. Das Anpassen des Summendrehmoments kann aber auch dafür genutzt werden, Grenzdrehmomente des Getriebes einzuhalten, eine Fahrbarkeit zu verbessern, eine Parksperre zu realisieren und/oder ein automatisches Schalten des Getriebes durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Leichtfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Antriebssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Leichtfahrzeug ein erfindungsgemäßes Antriebssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät umfasst, ermöglicht die Erfindung auch bei einem anliegendem Eingangsdrehmoment ein lastfreies oder lastreduziertes Schalten. Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems für ein Fahrrad,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems für ein Fahrrad und
Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems für ein Fahrrad.
Figur 1 zeigt ein Antriebssystem 1 für ein Fahrrad. Das Antriebssystem 1 umfasst ein Planetengetriebe 2, einen Elektromotor 3 und ein Getriebe 4. Das hier gezeigte Antriebssystem 1 ist in einem nicht dargestellten Fahrrad als Mittelmotor verbaut.
Das Planetengetriebe 2 umfasst einen Steg 5 mit drei Umlaufrädern 6, ein Hohlrad 7 und ein Sonnenrad 8 und ist ausgebildet, ein Eingangsdrehmoment Mein über den Steg 5 aufzunehmen und über das Sonnenrad 8 abzugeben. Für das Bereitstellen des Eingangsdrehmoments Mein umfasst das Antriebssystem eine Kurbelwelle 9, die mit dem Steg 5 des Planetengetriebes 2 so verbunden ist, dass das Planetengetriebe 2 das Eingangsdrehmoment Mein von der Kurbelwelle 9 über den Steg 5 aufnehmen kann.
Das Hohlrad 7 ist über einen Freilauf 10 gegen Verdrehen in eine Drehrichtung gesichert. Der Freilauf 10 ist hier durch ein Sägezahnprofil 11 am Hohlrad 7 und eine Klinke 12 an einem Gehäuseteil des Antriebssystems 1 umgesetzt.
Der Elektromotor 3 ist mit dem Sonnenrad 8 des Planetengetriebes 2 verbunden. Das, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes 2 in Richtung des Ausgangs des Getriebes 4, hinter dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor angeordnete Getriebe 4 ist ausgebildet, das von dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment Mab abzugeben. Zum Antreiben des Fahrrads umfasst das Antriebssystem 1 hier einen Zahnkranz 13, der das Ausgangsdrehmoment Mab über eine Kette 14 an ein Hinterrad 15 des Fahrrads abgibt. In alternativen Ausführungsbeispielen findet das Antreiben des Hinterrads 15 über einen Riemenantrieb mit einem Riemen und einer Riemenscheibe statt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Antriebssystems 1. Ein Eingangsdrehmoment eines Fahrenden des Fahrrads wird über die Kurbelwelle 9 an das Getriebe 2 übertragen. Das Eingangsdrehmoment setzt sich dabei aus zwei Drehmomenten (Mein.L, Mein.R) einer in Fahrtrichtung F gesehenen linken und einer in Fahrtrichtung F gesehenen rechten Tretkurbel zusammen.
Da von einem Fahrenden aufgebrachte Drehmomente üblicherweise hohe Werte, die größer 200 Nm betragen können, bei niedrigen Drehzahlen, meist unter 100 U/rnin, aufweisen, umfasst das Antriebssystem 1 am Eingang das Planetengetriebe 2. Das Planetengetriebe 2 ist ausgebildet, das Eingangsdrehmoment zu reduzieren und die Eingangsdrehzahl entsprechend zu erhöhen.
Das Planetengetriebe 2 weist hier ein Übersetzungsverhältnis von etwa 0,3 auf, so dass die Eingangsdrehzahl ungefähr verdreifacht und das Eingangsdrehmoment ungefähr gedrittelt werden. Das so gewandelte Eingangsdrehmoment gibt das Planetengetriebe 2 über das Sonnenrad 8 an eine erste Hohlwelle 21 ab.
Der Elektromotor 3 ist mit dem Sonnenrad 8 über die erste Hohlwelle 21 so verbunden, dass die erste Hohlwelle 21 das Summendrehmoment aus dem Drehmoment des Elektromotors 3 und dem gewandelten Drehmoment des Planetengetriebes 2 aufnehmen kann.
Die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 8 und dem Elektromotor 3 ist mit mehreren Stirnrädern 41 ,42,43,44,45 zug- und schubfähig ausgeführt ist. Dies ermöglicht, dass der Elektromotor 3 ein dem Drehmoment des Sonnenrads 8 gleichgerichtetes oder entgegengerichtetes Drehmoment beisteuern kann und so das Summendrehmoment erhöhen oder auch reduzieren kann.
Die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 8 und dem Elektromotor 3 ist weiterhin eingängig ausgeführt, das Übersetzungsverhältnis ist also nicht veränderlich, um eine unnötige Komplexität des Antriebssystems zu vermeiden.
Durch die Verbindung des Sonnenrads 8 und des Elektromotors 3 über die Stirnräder 41 ,42,43,44,45 wird das Drehmoment des Elektromotors 3 erhöht und eine Drehzahl verringert. Durch dieses Anpassen von Drehmoment und Drehzahl des Elektromotors 3 wird ein Angleichen an am Sonnenrad anliegenden Drehmoment und Drehzahl erreicht, so das Summendrehmoment vorteilhaft eingestellt werden kann.
Das Getriebe ist 4 mehrgängig ausgeführt und umfasst sechs Schaltstellen 46. Alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 sind, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes 2 in Richtung des Ausgangs des Getriebes 4, hinter dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 angeordnet. Dadurch wird ermöglicht, dass durch Anpassen des Drehmoments des Elektromotors 3 alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 lastfrei geschaltet werden können oder ein auf die Schaltstellen 46 wirkendes Drehmoment zumindest soweit reduziert werden kann, dass ein Schalten der Schaltstellen 46 vorteilhaft möglich ist.
Alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 sind zug- und schubfähig ausgeführt, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zahnradpaaren 23,24 und der schaltbaren Welle 53 in beide Lastrichtungen möglich ist. Dadurch kann das Getriebe 4 ein Drehmoment in beide Richtungen übertragen und beispielsweise zusätzlich zum Antreiben des Hinterrads 15 des Fahrrads ein Rekuperieren von Bremsenergie realisieren.
Das Getriebe 4 ist als ein Stirnradgetriebe ausgeführt und umfasst eine erste 51 und eine zweite 52 Gruppe. Das Getriebe 4 umfasst weiterhin eine schaltbare Welle 53, die ausgebildet ist, die erste Gruppe 51 mit der zweiten Gruppe 52 zu verbinden. Die schaltbare Welle 53 umfasst ein erstes 54 und ein zweites 55 Betätigungselement, die in axialer Richtung der schaltbaren Welle 53 bewegbar sind, und so ein Schalten des Getriebes 4 ermöglichen.
Die erste Gruppe 51 ist ausgebildet, das Summendrehmoment vom Sonnenrad 8 und vom Elektromotor 3 über die erste Hohlwelle 21 aufzunehmen. Hierzu weist die erste Gruppe 4 drei Zahnradpaare 23 auf, wobei ein Zahnrad jeden Zahnradpaars 23 mit einer Hohlwelle 21 verbunden ist. Das andere Zahnrad jeden Zahnradpaars 23 ist auf der schaltbaren Welle 53 angeordnet. Eine kraftschlüssige Verbindung besteht zwischen der schaltbaren Welle 53 und einem Zahnradpaar 23 jedoch nur, wenn die schaltbare Welle 53 und ein Zahnradpaar 23 durch das erste Betätigungselement 54 kraftschlüssig verbunden sind. In Figur 2 ist das erste Betätigungselement 54 so geschaltet, dass die schaltbare Welle 53 und das mittlere Zahnradpaar 23 kraftschlüssig verbunden sind. Somit wird das Summendrehmoment über das mittlere Zahnradpaar 23 auf die schaltbare Welle 53 übertragen, da die beiden Zahnräder eines jeden Zahnradpaares 23 miteinander in Eingriff sind. Das in Fahrtrichtung F gesehene linke äußere Zahnradpaar 23 verbindet den Elektromotor 3 mit dem Sonnenrad 8 und überträgt somit das Drehmoment des Elektromotors auf die erste Hohlwelle 21. Das in Fahrtrichtung F gesehene rechte äußere Zahnradpaar 23 dreht hier ohne ein Drehmoment zu übertragen mit, da es von der ersten Hohlwelle 21 angetrieben wird, jedoch mit der schaltbaren Welle 53 nicht kraftschlüssig verbunden ist.
Die zweite Gruppe 52 ist ausgebildet, das von der schaltbaren Welle 53 über das mittlere Zahnradpaar 23 aufgenommene Drehmoment abzugeben. Hierzu umfasst die zweite Gruppe 52 wie die erste Gruppe 51 drei Zahnradpaare 24. Ein Zahnrad jeden Zahnradpaars 24 ist dabei mit einer zweiten Hohlwelle 22 kraftschlüssig verbunden. Das andere Zahnrad eines jeden Zahnradpaares 24 ist auf der schaltbaren Welle 53 angeordnet. Eine kraftschlüssige Verbindung besteht zwischen der schaltbaren Welle 53 und einem Zahnradpaar 24 jedoch nur, wenn die schaltbare Welle 53 und ein Zahnradpaar 24 durch das zweite Betätigungselement 55 kraftschlüssig verbunden sind.
In Figur 2 ist das zweite Betätigungselement 55 so geschaltet, dass die schaltbare Welle 53 und das mittlere Zahnradpaar 24 kraftschlüssig verbunden sind. Somit wird das von der schaltbaren Welle 53 über das mittler Zahnradpaar 23 aufgenommene Drehmoment über das mittlere Zahnradpaar 24 auf die zweite Hohlwelle 22 übertragen, da die beiden Zahnräder eines jeden Zahnradpaares 24 miteinander in Eingriff sind. Die beiden äußeren Zahnradpaare 24 drehen hier ohne ein Drehmoment zu übertragen mit, da sie von der zweiten Hohlwelle 22 angetrieben werden, jedoch mit der schaltbaren Welle 53 nicht kraftschlüssig verbunden sind.
Die erste Gruppe 51 und die zweite Gruppe 52 weisen hier Übersetzungsverhältnisse auf, so dass eine Spreizung beziehungsweise eine Entfaltung von 450% verteilt über neun weitgehend gleichmäßig gestufte Gangstufen erreicht wird. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die erste 51 und die zweite 52 Gruppe je nach Anwendung höhere oder niedrigere Entfaltungen auf.
Durch Schalten der schaltbaren Welle 53, also durch axiales Verschieben des ersten 54 und/oder des zweiten 55 Betätigungselements, kann ein Übersetzungsverhältnis der ersten 51 und/oder der zweiten 52 Gruppe verändert werden, indem unterschiedliche Zahnradpaare 23,24 der ersten 51 und/oder der zweiten 52 Gruppe kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbunden werden.
Am äußeren Ende der zweiten Hohlwelle 22 ist der Zahnkranz 13 kraftschlüssig angeordnet, der als Abtrieb dient. Hier wird das vom mittleren Zahnradpaar 24 auf die zweite Hohlwelle 22 übertragene Drehmoment als Abtriebsdrehmoment Mab von dem Zahnkranz 13 über die Kette 14 an das Hinterrad 15 des Fahrrads übertragen.
Die erste 21 und die zweite 22 Hohlwelle sind dabei koaxial angeordnet, so dass auch der Drehmomenteingang über die Kurbelwelle 9 am Steg 5 des Planetengetriebes und der Drehmomentausgang am Zahnkranz 13 koaxial angeordnet sind. Dadurch kann die Kurbelwelle 9 innerhalb der ersten 21 und der zweiten 22 Hohlwelle gelagert und ein Bauraum vorteilhaft genutzt werden.
Das Hohlrad 7 des Planetengetriebes 2 ist, da Steg 5, Umlaufräder 6 und Sonnenrad 8 beweglich sind und ein Drehmoment übertragen werden soll, durch den Freilauf 10 in einer Drehrichtung gegen ein Verdrehen gesichert.
Zusätzlich wird so eine Rückgewinnung von Bremsenergie vorteilhaft umgesetzt. Für die Rückgewinnung von Bremsenergie wird das Getriebe 4 mit umgekehrter Lastrichtung betrieben. Die Bremsenergie wird also über den Zahnkranz 13 in die zweite Gruppe 52 eingebracht, über ein kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbundenes Zahnradpaar 24 auf die schaltbare Welle 6 übertragen und über die erste Gruppe 51 sowie die Zahnräder 41 ,42,43,44,45 dem Elektromotor 3 zugeführt, der dann als Generator genutzt werden kann. Zur Darstellung dieser Funktion darf sich im Kraftfluss zwischen dem angetriebenen Rad des Fahrzeugs und dem Elektromotor 3 aber kein Freilauf befinden.
Eine Freilauffunktion ist für den Fahrer aber notwendig, da sich sonst die Pedale bei fahrendem Fahrzeug permanent mitdrehen würden. Diese Freilauffunktion ist vorteilhaft am Hohlrad 10 umgesetzt. Alternativ könnte das erste Betätigungselement 54 eine zusätzliche Schaltposition haben, in der keines der Zahnradpaare 23 kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbunden ist, wodurch eine Komplexität des Getriebes 4 erhöht werden würde, vor allem in Bezug auf eine Ansteuerung. Durch den Freilauf 10 wird hingegen eine einfach umsetzbare Entkopplung von Getriebe 4 und Pedalbewegung umgesetzt.
Der Freilauf umfasst einen nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen als Kraftaufnehmer zur Drehmomentmessung, im Kraftfluss von der Klinke des Freilaufs zum Gehäuse. In alternativen Ausführungsbeispielen umfasst der Freilauf mehrere Dehnungsmessstreifen.
Das Erfassen des Eingangsdrehmoments anhand von Dehnungsmessstreifen ist gegenüber üblicherweise an E-Fahrrädern verbauten Systemen zur Drehmomentbestimmung einfacher konstruktiv umsetzbar und auch günstiger. Das erfasste Eingangsdrehmoment wird hier zur Steuerung des Elektromotors 3 verwendet.
Das Antriebssystem 1 umfasst hier eine nicht gezeigte elektrische Schaltvorrichtung. Die elektrische Schaltvorrichtung umfasst zwei Stellmotoren, die jeweils eine Spindel aktuieren. Eine der Spindeln betätigt einen ersten Schalthebel, über den das erste Betätigungselement 54 bewegt wird. Die andere Spindel betätigt einen zweiten Schalthebel, über den das zweite Betätigungselement 55 bewegt wird.
Mit der elektrischen Schaltvorrichtung ermöglicht das Antriebssystem 1 ein elektrisches Schalten. Insbesondere ermöglicht es so ein automatisches Schalten. Hier wird ein automatisches Schalten unter Nutzen des vom Dehnungsmessstreifen erfassten Drehmoments umgesetzt, indem ein Schalten der schaltbaren Welle 53 bevorzugt dann durchgeführt wird, wenn ein Eingangsdrehmoment im Verlauf der Umdrehung niedrig ist. Zusätzlich kann vom Elektromotor 3 aktiv ein Gegendrehmoment zum Eingangsdrehmoment aufgebracht werden. Dadurch werden ein Komfort erhöht und ein Verschleiß des Getriebes 2 verringert.
Die Verbindung zwischen Elektromotor 3 und Sonnenrad 8 ist in dem in Figur 1 gezeigten Antriebssystem 1 lösbar ausgeführt. Hierzu umfasst das Antriebssystem 1 eine Entkopplungsvorrichtung 60, durch die der Elektromotor 3 entkoppelbar ist. Das hat den Vorteil, dass das Fahrrad auch ohne Unterstützung des Elektromotors 3 gefahren werden kann. Der Elektromotor 3 muss so nicht mitgeschleppt werden, so dass Reibungsverluste reduziert werden. In alternativen Ausführungsbeispielen ist das Antriebssystem 1 ohne Entkoppelungsvorrichtung ausgeführt.
Figur 3 zeigt das Antriebssystem in einer Schnittdarstellung. Hier ist die schaltbare Welle 53 zu erkennen, die eine erste Führungsnut 64 für das hier nicht dargestellte, erste Betätigungselement 54 und eine zweite Führungsnut 65 für das hier nicht dargestellte, zweite Betätigungselement 55 umfasst. Weiterhin sind die auf der schaltbaren Welle 53 angeordneten Zahnräder der Zahnradpaare 23 und 24 gezeigt. Da das Zahnrad 44 des in Fahrtrichtung F gesehenen linken äußeren Zahnradpaars 23 den Elektromotor 3 mit dem Sonnenrad 8 verbindet, um das Drehmoment des Elektromotors 3 auf die erste Hohlwelle 21 zu übertragen, ist es unabhängig von einer Schaltposition des ersten Betätigungselements 54 immer drehmomentbelastet, wenn der Elektromotor 3 ein Drehmoment abgibt oder aufnimmt. Um trotz dieser höheren Belastung eine vorteilhafte Lagerung des Zahnrads 44 zu ermöglichen, ist hier eine Wälzlagerung 61 des Zahnrads 44 vorgesehen, so dass eine Reibung und ein Verschleiß verringert werden können.
Das Fahrrad umfasst ein nicht gezeigtes Steuergerät für das Antriebssystem, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, ein Zieldrehmoment zu bestimmen und den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment zu steuern. Dadurch kann das auf das Getriebe 4 übertragende Summendrehmoment angepasst werden.
Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet, einen Schaltwunsch zu erfassen. Wenn ein Schaltwunsch besteht, steuert das Steuergerät den Elektromotor 3 basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass ein von dem Getriebe 4 aufgenommenes Drehmoment zumindest reduziert wird. So kann das Getriebe lastfrei gestellt werden oder das auf das Getriebe 4 übertragene Summendrehmoment zumindest soweit reduziert werden, dass ein Schalten möglich ist.
Weiterhin ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, das erfasste Eingangsdrehmoment mit vorgegebenen Grenzdrehmomenten zu vergleichen. Wenn das Vergleichen ergibt, dass die vorgegebenen Grenzdrehmomente überschritten werden, bestimmt das Steuergerät ein dem Eingangsdrehmoment entgegengerichtetes Zieldrehmoment und steuert den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Ziel- drehmoment. Dadurch kann das Getriebe 4 entlastet und die vorgegebenen Grenzdrehmomente eingehalten werden, so dass eine Schädigung des Getriebes 4 vermieden oder zumindest reduziert werden kann.
Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads zu ermitteln. Das Ermitteln führt das Steuergerät basierend auf Beschleunigungsinformationen des Fahrrads durch. Wenn das Ermitteln ergibt, dass eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads besteht, bestimmt das Steuergerät das Zieldrehmoment so, dass eine Ausgangsdrehzahl des Getriebes 4 auf Null geregelt oder zumindest reduziert wird, und steuert den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment. Dadurch kann beispielsweise ein Schieben oder unerwünschtes Wegfahren des Fahrrads verhindert oder zumindest gegensteuert werden. In alternativen Ausführungsbeispielen ermittelt das Steuergerät eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads ergänzend oder alternativ basierend auf einer Drehzahl und/oder GPS-Daten.
Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, einen Parkwunsch oder einen Parkzustand zu ermitteln. Ein Parkwunsch kann dabei explizit von einem Fahrenden, beispielsweise durch eine Eingabe, vorgegeben werden. Einen Parkzustand ermittelt das Steuergerät beispielswiese an einem ausgeklappten Zustand eines Fahrradständers. Wenn das Ermitteln einen Parkwunsch oder einen Parkzustand ergibt, bestimmt das Steuergerät das Zieldrehmoment so, dass das Getriebe an einem Verdrehen gehindert wird und steuert den Elektromotor basierend auf dem Zieldrehmoment. So kann verhindert werden, dass das Fahrrad ungewollt wegrollt.
Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, das Getriebe 4 automatisch zu schalten. Hierzu ermittelt das Steuergerät eine aktuelle Steigung einer Fahrbahn des Fahrrads und eine Geschwindigkeit des Fahrrads. Basierend auf der ermittelten Steigung und der ermittelten Geschwindigkeit bestimmt das Steuergerät eine Wunschübersetzung des Getriebes 4. Weicht die Wunschübersetzung von einer aktuellen Übersetzung des Getriebes 4 ab, veranlasst das Steuergerät einen Schaltvorgang. Hierzu steuert das Steuergerät den Elektromotor 3 basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass ein von dem Getriebe 4 aufgenommenes Drehmoment zumindest reduziert wird. So kann das Getriebe lastfrei gestellt werden oder das auf das Getriebe 4 übertragene Summendrehmoment zumindest soweit redu- ziert werden, dass ein Schalten möglich ist.
In alternativen Ausführungsbeispielen erfasst das Steuergerät zum Bestimmen der Wunschübersetzung alternativ oder zusätzlich einen Fahrbahnzustand, eine Herzfrequenz, eine Tageszeit und/oder Witterungsbedingungen. In weiteren, alternativen Ausführungsbeispielen ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, eine Präferenz eines Fahrenden zu erlernen. So ist ein automatisches Schalten an individuelle Präferenzen anpassbar, indem das Steuergerät Wunschübersetzungen eines Fahrenden beispielsweise in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit und einer Trittfrequenz erlernt.

Claims

Patentansprüche:
1 . Antriebssystem (1 ) für ein Leichtfahrzeug umfassend ein Planetengetriebe (2), einen Elektromotor (3) und ein Getriebe (4), wobei
- das Planetengetriebe (2) einen Steg (5) mit zumindest zwei Umlaufrädern (6), ein Hohlrad (7) und ein Sonnenrad (8) umfasst,
- das Planetengetriebe (2) ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment über den Steg (5) aufzunehmen und über das Sonnenrad (8) abzugeben,
- der Elektromotor (3) mit dem Sonnenrad (8) des Planetengetriebes (2) verbunden ist und
- das Getriebe (4) ausgebildet ist, das von dem Planetengetriebe (2) und dem Elektromotor (3) abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment abzugeben.
2. Antriebssystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Getriebe (4) mehrgängig ausgeführt ist und alle Schaltstellen (46) des Getriebes (4), bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes (2) in Richtung des Ausgangs des Getriebes (4), hinter dem Planetengetriebe (2) und dem Elektromotor (3) angeordnet sind.
3. Antriebssystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Getriebe (4) als ein Planetengetriebe, ein Stirnradgetriebe und/oder ein stufenloses Getriebe ausgeführt ist.
4. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen dem Sonnenrad (8) und dem Elektromotor (3) zug- und schubfähig ausgeführt ist.
5. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen dem Sonnenrad (8) und dem Elektromotor (3) eingängig ausgeführt ist.
6. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen dem Sonnenrad (8) und dem Elektromotor (3) mit einem Stirnrad, einem Planetengetriebe und/oder einem Winkelgetriebe ausgeführt ist. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antriebssystem (1 ) eine Kurbelwelle (9) umfasst, die Kurbelwelle (9) mit dem Steg (5) des Planetengetriebes (2) verbunden ist und das Planetengetriebe (2) ausgebildet ist, das Eingangsdrehmoment von der Kurbelwelle (9) über den Steg (5) aufzunehmen. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Hohlrad (7) über einen Freilauf (10) gegen Verdrehen in eine Drehrichtung gesichert ist. Antriebssystem (1 ) nach Anspruch 8, wobei das Antriebssystem (1 ) an dem Freilauf (10) einen Kraftaufnehmer zur Drehmomentmessung umfasst. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 7, wobei der Ausgang des Getriebes (4) koaxial zur Kurbelwelle (9) angeordnet ist. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 7, wobei der Elektromotor koaxial, parallel oder rechtwinklig bezogen auf eine Längsachse der Kurbelwelle angeordnet ist. Antriebsystem (1 ) nach einem der vorherigen Anspruch in Verbindung mit Anspruch 2, wobei alle Schaltstellen (46) des Getriebes (4) zug- und schubfähig ausgeführt sind. Antriebssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antriebssystem (1 ) eine Schaltvorrichtung umfasst, das Getriebe (4) eine schaltbare Welle (53) umfasst und die Schaltvorrichtung ausgebildet ist, die schaltbare Welle (53) zu schalten. Steuergerät für ein Antriebssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, ein Zieldrehmoment zu bestimmen und den Elektromotor (3) basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment zu steuern. Steuergerät nach Anspruch 14, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Erfassen eines Schaltwunsches, 16
- Ermitteln des Eingangsdrehmoments,
- Bestimmen eines dem Eingangsdrehmoment entgegenwirkenden Zieldrehmoments und
- Wenn ein Schaltwunsch besteht, Steuern des Elektromotors (3) basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass ein von dem Getriebe (4) aufgenommenes Drehmoment zumindest reduziert wird. Steuergerät nach einem Anspruch 14 oder 15, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Ermitteln des Eingangsdrehmoments,
- Vergleichen des Eingangsdrehmoments mit vorgegebenen Grenzdrehmomenten,
- Wenn das Vergleichen ergibt, dass definierte Grenzdrehmomente überschritten werden, Bestimmen eines das Eingangsdrehmoment kompensierenden Zieldrehmoments und Steuern des Elektromotors (3) basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass das Getriebe entlastet wird. Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Ermitteln einer unerwünschten Bewegung des Leichtfahrzeugs,
- Wenn eine unerwünschte Bewegung besteht, Bestimmen eines Zieldrehmoments, so dass eine Ausgangsdrehzahl des Getriebes (4) auf Null geregelt oder zumindest reduziert wird, und
- Steuern des Elektromotors (3) basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment. Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Ermitteln eines Parkwunsches oder Parkzustands,
- Wenn das Ermitteln einen Parkwunsch oder einen Parkzustand ergibt, Bestimmen eines Zieldrehmoments, so dass das Getriebe (4) an einem Verdrehen gehindert wird, und
- Steuern des Elektromotors (3) basierend auf dem Zieldrehmoment. 17 Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, das Getriebe (4) automatisch zu schalten. Leichtfahrzeug, umfassend ein Antriebssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder ein Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 19.
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