WO2013057294A1 - Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes fahrrad - Google Patents

Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes fahrrad Download PDF

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WO2013057294A1
WO2013057294A1 PCT/EP2012/070822 EP2012070822W WO2013057294A1 WO 2013057294 A1 WO2013057294 A1 WO 2013057294A1 EP 2012070822 W EP2012070822 W EP 2012070822W WO 2013057294 A1 WO2013057294 A1 WO 2013057294A1
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WO
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pedaling
cyclist
bicycle
controllable
electric motor
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/070822
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günther SCHINDLER
Friedrich Graf
Original Assignee
Continental Automotive 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
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2013057294A1 publication Critical patent/WO2013057294A1/de

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an operating method for an electrically operated bicycle, a correspondingly formed
  • Control device and an electrically operated bicycle with such a control device.
  • the electric drive is increasingly used in bicycles.
  • e-bikes electric bicycles are characterized by high comfort for the cyclist, as to drive the bike in addition to the mechanical pedaling and the
  • Hub motor trained electric motor can be driven.
  • the motor can either be used alone or supportively as a drive. In this known bicycle act from the crank mechanism and applied by the electric motor
  • An operating method according to claim 1 relates to an electrically operated bicycle with a controllable
  • Electric motor for driving the bicycle a pedaling device for a cyclist and a controllable
  • a pedaling resistance is generated by the controllable stepping resistance device as a function of at least one predetermined pedaling parameter.
  • the pedaling parameter is a desired value for the pedaling performance to be provided by the cyclist, and / or for the pedaling frequency and / or for the pedaling torque to be provided by the cyclist.
  • the operating method is particularly suitable for electrically powered bicycles whose drive is done exclusively by the existing electric motor.
  • the, usually designed as a crank mechanism, treadle and the drive shaft there is no mechanical coupling between the, usually designed as a crank mechanism, treadle and the drive shaft.
  • the idea on which the invention is based is to make it possible to variably configure the pedaling resistance generated by the pedaling device.
  • the pedaling resistance is dependent on one, for example, the cyclist or a corresponding preprogrammed computer,
  • Pedaling parameters may preferably be the pedaling power, ie the power produced by the cyclist by means of the treadmill, the pedaling frequency
  • the predetermined pedaling parameter varies as a function of at least one further parameter.
  • the further parameter may be the distance traveled, the duration of the journey, the pulse frequency of the cyclist and / or the speed of the bicycle.
  • Tretwiderstandleaned generated tread resistance be influenced such that the cyclist while driving executes a predetermined by him, individually designed performance profile.
  • This performance profile or driving profile can be optimized with regard to a training success or in terms of maximum comfort.
  • the pedaling power or the pedaling resistance when starting the bicycle assumes a predetermined starting value.
  • This starting value can be specified in particular in such a way that results in a comfortable, not too difficult starting feeling for the cyclist.
  • the at least one pedaling parameter is varied by the cyclist. Due to the configurability of the pedaling parameter, the driving feel and also the pedaling power provided by the cyclist can be individually adjusted before or during the journey.
  • the variation of the pedaling parameter can be carried out, for example, via a suitable control device for the pedaling device.
  • a drive power of the controllable electric motor is predetermined independently of the at least one pedaling parameter.
  • the specification of the cyclist may be according to the embodiment of the operating method according to claim 9 to a target value for the driving speed of the bicycle or for the electric power output of the electric motor.
  • Pedaling at a certain speed For example, the cyclist can adjust the drive power of the controllable electric motor via a rotary handle on the handlebar of the bicycle. Regardless of this, he can process the pedaling profile individually configured according to his needs. Thus arise for the driver on the one hand a corresponding to his desire driving speed and
  • a drive power of the electric motor is controlled as a function of the at least one pedaling parameter.
  • Cyclists provided pedaling or the pedaling resistance generated by the pedaling device) and the driving power of the electric motor.
  • this dependence can be freely configured, resulting in a completely customizable drive feeling for the cyclist.
  • the controllable step resistance device is designed as an electrical generator, which is driven by the cyclist on the treadmill.
  • the electrical energy generated by the generator is supplied to an electrical energy store of the bicycle.
  • Energy storage in particular a lithium-ion based battery.
  • the energy stored in the energy storage can serve, for example, the supply of the electric motor or a bicycle lighting.
  • a control device is suitable for controlling the operation of an electrically operated bicycle with a controllable electric motor for driving the bicycle, a pedaling device for a cyclist and a controllable treadmill device, which is coupled to the treadmill, wherein the control device is formed and provided with means that it can perform a method according to any one of claims 1 to 12.
  • control device has a microprocessor and a memory, in which control algorithms for controlling the operation in the form of a computer program
  • the control device may further comprise a display device and an input device for the
  • control device can be an interface for replacement
  • control device can be permanently installed on the bicycle or even removable.
  • An electrically operated bicycle according to claim 14 comprises a controllable electric motor for driving the bicycle, a pedaling device for a cyclist, a controllable treadmill device, which is coupled to the treadmill, and a control device according to claim 13, which is at least coupled to the treadmill device.
  • Figure 1 is a schematic representation of a bicycle with
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • FIG. 1 shows an embodiment of an electrically operated bicycle 1 is shown schematically.
  • the bicycle 1 has a frame 2, a handlebar 3, two wheels 4, 5 and a pedaling device 6 in the form of a crank mechanism.
  • the bicycle 1 is further equipped with a controllable electric motor 7, which is preferably coupled to the rear wheel 5 and the bicycle 1 drives.
  • the controllable electric motor 7 may be formed as a hub motor, which, if necessary, sets the rear wheel 5 in rotation and thus drives the bicycle.
  • the controllable electric motor 7 is controllable with regard to its power output.
  • it is provided with a controllable DC-DC converter (not shown), by means of which the power output of the electric motor 7 to the rear wheel is preferably infinitely adjustable.
  • the bicycle 1 is also controllable
  • Tread resistance device 8 is designed in such a way that it can generate a preferably infinitely variable tread resistance, which acts on treadle device 6.
  • the tread resistance generated by the controllable treadmill 8 counteracts the direction of actuation of the direction 6
  • the treadmill device 8 is designed as a controllable electrical generator, which with another controllable DC-DC converter (not shown) for preferably continuous adjustment of the power consumption of Generator is equipped.
  • the controllable electric generator 8 is connected via electrical lines (shown in dashed lines in FIG. 1) to the electric motor.
  • the bicycle 1 also has an electrical energy store 9, which is preferably configured as a battery based on lithium ions.
  • the energy storage 8 may be attached to the frame 2 of the bicycle 1, or be arranged within a tube of the frame construction.
  • the energy storage 8 is both with the controllable pedaling device 8 as well with the controllable electric motor 7 via electrical lines (shown in phantom). In this way, the controllable electric motor 7 with the electric
  • Energy storage 9 stored energy to be supplied.
  • the electrical energy generated upon actuation of the pedaling device 6 in the controllable generator 8 is supplied to the energy store 9 via the electrical lines and stored there.
  • the energy storage 9 is in operation of the controllable
  • Electric motor 7 discharged and loaded during operation of the treadmill 6.
  • the electrical energy generated in the controllable generator 8 also directly via the electrical
  • Connecting line (shown in phantom) to the electric motor 7 are supplied to its operation. Furthermore, the energy store 9 an interface (not shown) for connecting an external electrical
  • the bicycle 1 is associated with a control device 10, which is preferably detachably mounted on the handlebar of the bicycle.
  • a simple embodiment of the control device 10 is shown schematically in FIG.
  • the control device 10 has a housing 11, inside which a microprocessor and electronic memory (not shown) are arranged.
  • the control device 10 has a display device 12 and an input device 13. About the display device 12 information can be displayed to the driver. About the
  • the control device 10 may also have one or more interfaces 14 for connection to other electrical devices.
  • the control device is at least with the
  • TretwiderStands coupled (see Figure 1).
  • the electrical data exchange line shown in dashed lines
  • Control device 10 also with the controllable electric motor 7 via corresponding data exchange lines (dashed lines
  • Control device 10 to the controllable electric motor 7 and the controllable step resistance device 8 are transmitted.
  • the control device 10 is further configured such that it determines the travel speed of the bicycle 1, the distance covered, the travel time and the pulse frequency of the
  • Cycle rider can determine.
  • the bicycle is equipped with a first speed detection device 15 for detecting the rotational speed of one of the wheels 4, 5.
  • This may preferably be an inductive speed sensor, which is attached for example to the front wheel 4.
  • the control device 10 is the interface 14 with this first speed sensor 15 via an electrical line (shown in phantom) coupled. Knowing the outer circumference of the front wheel 4, the control device 10, the traveled distance and the speed of the
  • control device 10 can detect a starting operation of the bicycle 1. To capture the pulse frequency of the cyclist this can one
  • Pulse detection sensor (not shown), which is coupled to the control device via a data line.
  • the bicycle 1 also has a second one
  • Speed detection device 16 which detects the Freguenz the pedaling device 6.
  • This second rotational speed sensor 16 is connected to the control device 10 via a data line (shown in dashed lines) so that this the Freguenz of
  • Pedal device 6 can detect.
  • the control device 10 are also characteristics and
  • the control device 10 activates the generator 8 with corresponding control signals, so that it generates a predetermined pedaling resistance at the pedaling device 6.
  • the control device 10 sets the pedaling resistance generated by the controllable stepping resistance device 8 (controllable generator) as a function of at least one predetermined pedaling parameter.
  • the pedaling parameters can be setpoints for the pedaling power to be provided by the driver, for the frequency of the pedaling device and / or for the pedaling torque to be provided by the cyclist.
  • the pedaling parameters can be configured by the cyclist directly on the control device according to his wishes.
  • the treadmill parameter can be varied depending on at least one further parameter.
  • This further parameter may be, for example, the distance traveled, the driving time, the pulse frequency of the cyclist and / or the driving speed of the bicycle. In this way, it is possible for cyclists to arbitrarily apply the pedaling resistance generated by the pedaling device 8 as a function of the pedaling parameter predetermined by him and the at least one further parameter
  • the control device 10 controls the pedal-resistance device 8, that is to say the controllable generator 8, in such a way that the resistance torque generated by the generator 8, which manifests itself as pedaling resistance of the pedaling device 6, corresponds to the predetermined pedaling parameter. This can be the
  • Electric motor 7 stored in the form of tables.
  • the control device controls the drive power of the controllable electric motor 7 as a function of a specification
  • the specification or the input of the desired value for the drive power of the electric motor 7 by the cyclist can be made for example by means of a rotary handle 17 on the handlebar 3 of the bicycle 1.
  • rotation of the rotary knob 17 in one direction is interpreted as a desire of the cyclist to increase the vehicle speed or power output of the electric motor 7, whereas turning the rotary handle 17 in the opposite direction as decreasing the vehicle speed or reducing the electric power output of the Electric motor 7
  • the coupled with the rotary handle 17 control device 10 detects the specification of the cyclist and controls the controllable electric motor 7 according to the specification of the cyclist.
  • the specification of the cyclist can alternatively be made by input to the controller 10 itself.
  • the bicycle may optionally be operated in two modes which the cyclist may select via the controller.
  • the driving power of the controllable electric motor 7 is controlled by the cyclist independently of the pedaling parameter.
  • the control device 10 therefore controls the pedaling device 8 independently of the controllable electric motor 7.
  • control device 10 controls the controllable electric motor 7 in accordance with the specification of Cyclist or according to the of the
  • Cyclist specified value for the driving speed or for the electrical line delivery of the electric motor (signal of the rotary handle 17).
  • the drive power of the electric motor 7 is controlled in dependence on the pedaling parameter. In this operating mode, therefore, the output from the electric motor 7 drive power to the predetermined
  • FIG. 3 is a diagram on the ordinate of which a power scale P is plotted and on whose abscissa the frequency f of the pedaling device is plotted.
  • the drive power Pmot of the electric motor 7 is shown by a solid line
  • the pedaling force Pf provided by the driver is shown in dashed line as a function of the frequency F of the pedaling device 6.
  • This dependence can be freely configured by the cyclist on the control device 10, so that a pedaling and a driving behavior of the bicycle 1 can be fully realized according to his individual ideas.
  • a dependency between the tread force F (ordinate) and the pedaling frequency f (solid abscissa) applied by the cyclist or alternatively the drive power of the electric motor Pmot (dashed abscissa) can be configured.
  • the controllable pedaling resistance device 8 is controlled in such a way that the pedaling power to be provided by the cyclist when starting the bicycle 1 assumes a predetermined start value.
  • the starting of the bicycle 1 can be detected, for example, via the first speed sensor 15 or the second speed sensor 16.
  • the starting value can be configured by the cyclist individually according to his needs. This results in a particularly comfortable for the cyclist start-up.
  • the electrical power generated by means of the generator 8 is advantageously supplied to the energy storage.
  • the bicycle 1 can also be used as a stationary exerciser, for example as a "home trainer.”
  • the bicycle can be placed in a stationary position in a stationary frame

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes Fahrrad (1) mit einem steuerbaren Elektromotor (7) zum Antrieb des Fahrrads (1), einer Treteinrichtung (6) für einen Fahrradfahrer und einer steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung (8), welche mit der Treteinrichtung (6) gekoppelt ist. Dabei wird von der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung (8) ein Tretwiderstand in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Tretleistungsparameter erzeugt.

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes Fahrrad Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes Fahrrad, eine entsprechend ausgebildete
Steuervorrichtung und ein elektrisch betriebenes Fahrrad mit einer derartigen Steuervorrichtung. Neben Hybrid- und Elektrofahrzeugen findet der Elektroantrieb zunehmend Anwendung auch bei Fahrrädern. Diese, oftmals als „E-Bikes" bezeichneten Elektrofahrräder zeichnen sich durch hohen Komfort für den Fahrradfahrer aus, da zum Antrieb des Fahrrads neben der mechanischen Tretleistung auch die
Antriebsleitung des Elektromotors zur Verfügung steht. Bekannt sind inzwischen Fahrräder, bei denen die Antriebsachse einerseits mittels eines mechanischen Kurbeltriebs durch den Fahrradfahrer und andererseits durch einen, meist als
Radnabenmotor ausgebildeten Elektromotor angetrieben werden kann. Der Motor kann entweder alleine oder unterstützend als Antrieb verwendet werden. Bei diesem bekannten Fahrrad wirken die vom Kurbeltrieb und die vom Elektromotor aufgebrachten
Antriebskräfte gemeinsam auf eine Antriebswelle. Darüber hinaus ist ein Konzept bekannt, bei dem der Antrieb des Fahrrads lediglich durch den Elektromotor stattfindet und die über den Kurbeltrieb eingebrachte Leistung mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt und eine Batterie zugeführt wird . Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Betriebsverfahren, eine Steuervorrichtung und ein Fahrrad bereitzustellen, mittels denen der Betrieb des Fahrrads individueller an die Bedürfnisse des Fahrradfahrers angepasst werden kann .
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ein Betriebsverfahren gemäß dem Anspruch 1 betrifft ein elektrisch betriebenes Fahrrad mit einem steuerbaren
Elektromotor zum Antrieb des Fahrrads, einer Treteinrichtung für einen Fahrradfahrer und einer steuerbaren
Tretwiderstandeinrichtung, welche mit der Treteinrichtung gekoppelt ist. Gemäß dem Verfahren wird von der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung ein Tretwiderstand in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Tretleistungsparameter erzeugt .
In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 2 handelt es sich bei dem Tretleistungsparameter um einen Sollwert für die vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretleistung, und/oder für die Tretfreguenz und/oder für das vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretdrehmoment.
Das Betriebsverfahren eignet sich insbesondere für elektrisch betriebene Fahrräder, deren Antrieb ausschließlich durch den vorhandenen Elektromotor erfolgt. In diesem Fall besteht keine mechanische Kopplung zwischen der, meist als Kurbeltrieb ausgebildeten, Treteinrichtung und der Antriebswelle. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist darin zu sehen, den von der TretwiderStandseinrichtung erzeugten Tretwiderstand variabel konfigurierbar zu machen. Dazu wird der Tretwiderstand in Abhängigkeit von einem, beispielsweise vom Fahrradfahrer oder von einem entsprechenden vorprogrammierten Computer,
vorgegebenen Tretleistungsparameter erzeugt. Bei dem
Tretleistungsparameter kann es sich vorzugsweise um die Tretleistung, das heißt die vom Fahrradfahrer mittels der Treteinrichtung produzierte Leistung, die Tretfreguenz
(Drehzahl des Kurbeltriebs) oder das vom Fahrradfahrer über die Treteinrichtung erbrachte Tretdrehmoment handeln. Auf diese Weise kann der Fahrradfahrer ein nach seinen Bedürfnissen angepasstes Tretgefühl erzeugen, ohne dabei direkten Einfluss auf den Antrieb beziehungsweise den Vortrieb des Fahrrads zu nehmen. Der Fahrradfahrer hat dadurch die Möglichkeit die von ihm aufgebrachte Tretleistung individuell auf seine Bedürfnisse abzustimmen. So kann der Fahrradfahrer zum Beispiel über den Tretleistungsparameter den Tretwiderstand derart beeinflussen, dass sich ein besonders komfortables Tretgefühl einstellt. Andererseits erlaubt es dem Fahrradfahrer den Tretwiderstand nach einem gewünschten Trainingsplan zum Aufbau der
Beinmuskulatur, zur Verbesserung der Ausdauer und zur Stärkung des Herz-Kreislauf-Systems zu beeinflussen. Insgesamt erlaubt das Betriebsverfahren eine erheblich individuellere Gestaltung des Fahrerlebnisses für den Fahrradfahrer.
In Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens nach den Ansprüchen 3 und 4 variiert der vorgegebene Tretleistungsparameter in Abhängigkeit von zumindest einem weiteren Parameter. Bei dem weiteren Parameter kann es sich dabei um die zurückgelegte Fahrstrecke, die Fahrtdauer, die Pulsfreguenz des Fahrradfahrers und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads handeln.
Diese Ausgestaltungen erlauben eine weiterführende
Individualisierung des Fahrerlebnisses und des Tretgefühls für den Fahrradfahrer. Insbesondere kann der von der
Tretwiderstandeinrichtung erzeugte Tretwiderstand derart beeinflusst werden, dass der Fahrradfahrer während der Fahrt ein von ihm vorgegebenes, individuell gestaltetes Leistungsprofil abarbeitet. Dieses Leistungsprofil beziehungsweise Fahrprofil kann hinsichtlich eines Trainingserfolgs oder hinsichtlich des maximalen Komforts optimiert werden.
In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 5 nimmt die Tretleistung beziehungsweise der Tretwiderstand beim Anfahren des Fahrrads einen vorgegebenen Startwert an.
Dieser Startwert kann insbesondere so vorgegeben werden, dass sich ein komfortables, nicht zu schwergängiges Anfahrgefühl für den Fahrradfahrer ergibt.
In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 6 wird der zumindest eine Tretleistungsparameter vom Fahrradfahrer variiert . Durch die Konfigurierbarkeit des Tretleistungsparameters kann das Fahrgefühl und auch die vom Fahrradfahrer erbrachte Tretleistung vor oder während der Fahrt individuell angepasst werden. Die Variation des Tretleistungsparameters kann beispielsweise über eine geeignete Steuervorrichtung für die Tretwiderstandeinrichtung vorgenommen werden.
In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 7 wird eine Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors unabhängig von dem mindestens einen Tretleistungsparameter vorgegeben .
In einer weiteren Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 8 wird die Antriebsleistung des steuerbaren
Elektromotors in Abhängigkeit von einer Vorgabe des
Fahrradfahrers gesteuert.
Bei der Vorgabe des Fahrradfahrers kann es sich gemäß der Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 9 um einen Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads oder für die elektrische Leistungsabgabe des Elektromotors handeln.
Diese Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens ermöglichen die direkte Beeinflussung der Antriebsleitung des steuerbaren
Elektromotors und damit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads entsprechend dem Wunsch des Fahrradfahrers unabhängig von der eigenen Tretleitung. Somit ist es möglich, dass der Fahrradfahrer sich unabhängig von der von ihm individuell erbrachten
Tretleistung mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortbewegt. Beispielsweise kann der Fahrradfahrer die Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors über einen Drehgriff am Lenker des Fahrrads einstellen. Unabhängig davon kann er das nach seinen Bedürfnissen individuell konfigurierte Tretleistungsprofil abarbeiten. Somit ergeben sich für den Fahrer einerseits eine seinem Wunsch entsprechende Fahrgeschwindigkeit und
andererseits ein seinem Wunsch entsprechendes Tretgefühl. In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 10 wird eine Antriebsleistung des Elektromotors in Abhängigkeit von dem zumindest einen Tretleistungsparameter gesteuert. Im Unterschied zu den Ausgestaltungen gemäß der Ansprüche 7 bis 9 besteht hier eine Kopplung zwischen dem vom Fahrradfahrer vorgegebenen Tretleistungsparameter (und damit der vom
Fahrradfahrer erbrachten Tretleistung beziehungsweise dem von der Tretwiderstandeinrichtung erzeugten Tretwiderstand) und der Antriebsleistung des Elektromotors. Diese Abhängigkeit kann jedoch frei konfiguriert werden, so dass sich ein vollkommen individuell gestaltbares Antriebsgefühl für den Fahrradfahrer ergibt . In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 11 ist die steuerbare Tretwiderstandeinrichtung als elektrischer Generator ausgebildet, welcher von dem Fahrradfahrer über die Treteinrichtung angetrieben wird. In einer Ausgestaltung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 12 wird die von dem Generator erzeugte elektrische Energie einem elektrischen Energiespeicher des Fahrrads zugeführt.
Diese Ausgestaltungen erlauben die Umwandlung der vom
Fahrradfahrer erbrachten, mechanischen Leistung in elektrische Leistung und deren Speicherung in einem elektrischen
Energiespeicher, insbesondere einer Batterie auf Lithium-Ionen- Basis. Die in den Energiespeicher gespeicherte Energie kann beispielsweise der Versorgung des Elektromotors oder einer Fahrradbeleuchtung dienen.
Eine Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 13 eignet sich zur Steuerung des Betriebs eines elektrisch betriebenen Fahrrads mit einem steuerbaren Elektromotor zum Antrieb des Fahrrads, einer Treteinrichtung für einen Fahrradfahrers und einer steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung, welche mit der Treteinrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet und mit Mitteln versehen ist, dass sie ein Verfahren gemäß den einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführen kann.
Insbesondere weist die Steuervorrichtung einen Mikroprozessor und einen Speicher auf, in dem Steueralgorithmen zur Steuerung des Betriebsablaufs in Form eines Computerprogramms
abgespeichert sind. Die Steuervorrichtung kann ferner eine Anzeigeeinrichtung und eine Eingabeeinrichtung für den
Fahrradfahrer aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung eine Schnittstelle zum Austausch
elektronischer Daten mit anderen elektronischen Geräten haben. Die Steuervorrichtung kann auf dem Fahrrad fest installiert oder auch abnehmbar sein. Bezüglich der Vorteile, welche sich durch diese Steuervorrichtung ergeben, wird auf die Ausführungen zu den vorherigen Ansprüchen verwiesen, welche analog gelten.
Ein elektrisch betriebenes Fahrrad gemäß dem Anspruchs 14 weist einen steuerbaren Elektromotor zum Antrieb des Fahrrads, eine Treteinrichtung für einen Fahrradfahrer, eine steuerbare Tretwiderstandeinrichtung, welche mit der Treteinrichtung gekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung nach Anspruch 13 auf, welche zumindest mit der Tretwiderstandeinrichtung gekoppelt ist .
Bezüglich der sich ergebenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu den Ansprüchen 1 bis 12 verwiesen, welche analog gelten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
Figur 1 eine schematische Darstellung eine Fahrrads mit
elektrischem Antrieb;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung;
Figuren
3 und 4 Diagramme. In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch betriebenen Fahrrads 1 schematisch dargestellt. Das Fahrrad 1 weist einen Rahmen 2, einen Lenker 3, zwei Laufräder 4, 5 und eine Treteinrichtung 6 in Form eines Kurbeltriebs auf. Das Fahrrad 1 ist ferner mit einem steuerbaren Elektromotor 7 ausgestattet, welcher vorzugsweise mit dem hinteren Laufrad 5 gekoppelt ist und das Fahrrad 1 antreibt. Beispielsweise kann der steuerbare Elektromotor 7 als Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher das hintere Laufrad 5 bei Bedarf in Rotation versetzt und somit das Fahrrad antreibt. Der steuerbare Elektromotor 7 ist hinsichtlich seiner Leistungsabgabe steuerbar. Dazu ist er mit einem steuerbaren Gleichspannungswandler (nicht dargestellt) versehen, mittels dem die Leistungsabgabe des Elektromotors 7 an das hintere Laufrad vorzugsweise stufenlos einstellbar ist.
Das Fahrrad 1 ist ferner mit einer steuerbaren
Tretwiderstandeinrichtung 8 ausgestattet, welche mit der Treteinrichtung 6 gekoppelt ist. Die steuerbare
Tretwiderstandeinrichtung 8 ist derart ausgebildet, dass sie einen vorzugsweise stufenlos einstellbaren Tretwiderstand erzeugen kann, welcher auf die Treteinrichtung 6 wirkt. Bei Betätigung der Treteinrichtung 6 wirkt der von der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung 8 erzeugte Tretwiderstand entgegen der Betätigungsrichtung der Tretrichtung 6. Vorzugsweise ist die Tretwiderstandeinrichtung 8 als ein steuerbarer elektrischer Generator ausgebildet, welcher mit einem weiteren steuerbaren Gleichspannungswandler (nicht dargestellt) zur vorzugsweisen stufenlosen Einstellung der Leistungsaufnahme des Generators ausgestattet ist. Der steuerbare elektrische Generator 8 ist über elektrische Leitungen (in Figur 1 gestrichelt dargestellt) mit dem Elektromotor verbunden.
Das Fahrrad 1 weist ferner einen elektrischen Energiespeicher 9 auf, welcher vorzugsweise als Batterie auf Lithium-Ionen-Basis ausgestaltet ist. Der Energiespeicher 8 kann am Rahmen 2 des Fahrrads 1 befestigt sein, oder innerhalb eines Rohres der Rahmenkonstruktion angeordnet sein. Der Energiespeicher 8 ist sowohl mit der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung 8 als auch mit dem steuerbaren Elektromotor 7 über elektrische Leitungen (gestrichelt dargestellt) verbunden. Auf diese Weise kann der steuerbare Elektromotor 7 mit der im elektrischen
Energiespeicher 9 gespeicherten Energie versorgt werden. Die bei Betätigung der Treteinrichtung 6 im steuerbaren Generator 8 erzeugte elektrische Energie wird dem Energiespeicher 9 über die elektrischen Leitungen zugeführt und dort gespeichert. Somit wird der Energiespeicher 9 bei Betrieb des steuerbaren
Elektromotors 7 entladen und bei Betrieb der Treteinrichtung 6 geladen. Alternativ kann die im steuerbaren Generator 8 erzeugte elektrische Energie auch direkt über die elektrische
Verbindungsleitung ( gestrichelt dargestellt ) dem Elektromotor 7 zu dessen Betrieb zugeführt werden. Ferner kann der Energiespeicher 9 eine Schnittstelle (nicht dargestellt) zum Anschluss einer externen elektrischen
Energieguelle (nicht dargestellt) aufweisen.
Dem Fahrrad 1 ist eine Steuereinrichtung 10 zugeordnet, welche vorzugsweise lösbar am Lenker des Fahrrads angebracht ist. Ein einfaches Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung 10 ist in Figur 2 schematisch abgebildet. Die Steuereinrichtung 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in dessen Inneren ein Mikroprozessor und elektronischer Speicher ( nicht dargestellt ) angeordnet sind . Die Steuervorrichtung 10 weist eine Anzeigeeinrichtung 12 und eine Eingabeeinrichtung 13 auf. Über die Anzeigeeinrichtung 12 können dem Fahrer Informationen angezeigt werden. Über die
Eingabeeinrichtung 13 kann der Fahrradfahrer Einstellungen vornehmen, Daten eingeben und ändern, sowie Informationen abrufen. Die Steuereinrichtung 10 kann ferner über eine oder mehrere Schnittstellen 14 zum Anschluss an weitere elektrische Geräte verfügen.
In dem Speicher der Steuereinrichtung 10 sind vom Fahrradfahrer konfigurierbare Steuerprogramme für den Betrieb des Fahrrads in Form von Software abgespeichert. Im am Fahrrad 1 montierten Zustand ist die Steuervorrichtung zumindest mit der
TretwiderStandseinrichtung 8 (steuerbarer Generator) über eine elektrische Datenaustauschleitung (gestrichelt dargestellt) gekoppelt (siehe Figur 1). Vorzugsweise ist die
Steuervorrichtung 10 auch mit dem steuerbaren Elektromotor 7 über entsprechende Datenaustauschleitungen (gestrichelt
dargestellt) gekoppelt. Über die Datenaustauschleitungen werden der Steuervorrichtung 10 wichtige Betriebsparameter der Tretwiderstandeinrichtung 8 und des Elektromotors 7 übermittelt . Fernen können über die Datenaustauschleitungen
Steuerungsbefehle in Form elektrischer Signale von der
Steuervorrichtung 10 an den steuerbaren Elektromotor 7 und die steuerbare Tretwiderstandeinrichtung 8 übermittelt werden.
Die Steuervorrichtung 10 ist ferner derart ausgebildet, dass sie die Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads 1, die zurückgelegte Fahrstrecke, die Fahrtdauer sowie die Pulsfreguenz des
Fahrradfahrers ermitteln kann. Zu diesem Zweck ist das Fahrrad mit einer ersten Drehzahlerfassungseinrichtung 15 zur Erfassung der Drehzahl eines der Laufräder 4, 5 ausgestattet. Dabei kann es sich vorzugsweise um einen induktiven Drehzahlsensor handeln, welcher beispielsweise am vorderen Laufrad 4 angebracht ist. Die Steuervorrichtung 10 ist die Schnittstelle 14 mit diesem ersten Drehzahlsensor 15 über eine elektrische Leitung (gestrichelt dargestellt) gekoppelt. In Kenntnis des Außenumfangs des vorderen Laufrades 4 kann die Steuervorrichtung 10 die zurückgelegte Fahrstrecke und die Fahrgeschwindigkeit des
Fahrrads 1 erfassen. Ferner kann die Steuervorrichtung 10 einen Anfahrvorgang des Fahrrads 1 erfassen. Zur Erfassung der Pulsfreguenz des Fahrradfahrers kann dieser einen
Pulserfassungssensor (nicht dargestellt ) aufweisen, welcher mit der Steuervorrichtung über eine Datenleitung gekoppelt ist.
Das Fahrrad 1 weist ferner eine zweite
Drehzahlerfassungseinrichtung 16 auf, welche die Freguenz der Treteinrichtung 6 erfasst. Dieser zweite Drehzahlsensor 16 ist mit der Steuereinrichtung 10 über eine Datenleitung (gestrichelt dargestellt) verbunden so dass diese die Freguenz der
Treteinrichtung 6 erfassen kann. In der Steuervorrichtung 10 sind ferner Kenngrößen und
Betriebscharakteristiken des Elektromotors 7 und des steuerbaren Generators 8 abgespeichert. Die Steuervorrichtung 10 steuert den Generator 8 mit entsprechenden Steuersignalen an, so dass dieser einen vorgegebenen Tretwiderstand an der Treteinrichtung 6 erzeugt. Die Steuervorrichtung 10 stellt den von der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung 8 (steuerbarer Generator) erzeugten Tretwiderstand in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Tretleistungsparameter einstellt .
Bei dem Tretleistungsparameter kann es sich um Sollwerte für die vom Fahrer zu erbringende Tretleistung, für die Freguenz der Treteinrichtung und/oder für das vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretdrehmoment handeln. Der Tretleistungsparameter können vom Fahrradfahrer direkt an der Steuereinrichtung nach seinen Wünschen konfiguriert werden.
Der Tretleistungsparameter kann dabei in Abhängigkeit von zumindest einem weiteren Parameter variiert werden. Bei diesem weiteren Parameter kann es sich beispielsweise um die zurückgelegte Fahrstrecke, die Fahrdauer, die Pulsfreguenz des Fahrradfahrers und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads handeln. Auf diese Weise ist es den Fahrradfahrern möglich, den von der Tretwiderstandeinrichtung 8 erzeugten Tretwiderstand in Abhängigkeit von dem von ihm vorgegebenen Tretleistungsparameter und dem zumindest einen weiteren Parameter beliebig
einzustellen. Auf diese Weise kann der Fahrradfahrer ein gewünschtes Trainingsprogramm oder auch ein besonders komfortables Tretgefühl am Fahrrad einstellen.
Die Steuervorrichtung 10 steuert die TretwiderStandseinrichtung 8, dass heißt den steuerbaren Generator 8 derart an, dass das vom Generator 8 erzeugte Widerstandsdrehmoment, welches sich als Tretwiderstand der Treteinrichtung 6 äußert, dem vorgegebenen Tretleistungsparameter entspricht. Dazu kann sich die
Steuervorrichtung 10 an der im Speicher abgespeicherten Betriebscharakteristik des steuerbaren Generators 8 bedienen. In der gespeicherten Steuervorrichtung 10 sind ferner wichtige Betriebsparameter und Betriebscharakteristiken des
Elektromotors 7 in Form von Tabellen abgespeichert. Die Steuervorrichtung steuert die Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors 7 in Abhängigkeit von einer Vorgabe
beziehungsweise einem vom Fahrradfahrer vorgegebenen Sollwert. Die Vorgabe beziehungsweise die Eingabe des Sollwerts für die Antriebsleistung des Elektromotors 7 durch den Fahrradfahrer kann beispielsweise mittels eines Drehgriffs 17 am Lenker 3 des Fahrrads 1 vorgenommen werden. Dabei wird das Drehen des Drehgriffs 17 in eine Richtung als ein Wunsch des Fahrradfahrers zur Steigerung des Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise der Leistungsabgabe des Elektromotors 7 interpretiert, wogegen das Drehen des Drehgriffs 17 in die entgegengesetzte Richtung als eine Verringerung der Fahrgeschwindigkeit bzw. eine Verringerung der elektrischen Leistungsabgabe des Elektromotors 7
interpretiert wird. Die mit dem Drehgriff 17 gekoppelte Steuervorrichtung 10 erkennt so die Vorgabe des Fahrradfahrers und steuert den steuerbaren Elektromotor 7 entsprechend der Vorgabe des Fahrradfahrers an. Die Vorgabe des Fahrradfahrers kann alternativ auch durch Eingabe an der Steuereinrichtung 10 selbst vorgenommen werden.
Das Fahrrad kann wahlweise in zwei Modi betrieben werden, welche der Fahrradfahrer über die Steuereinrichtung auswählen kann.
In einem ersten Modus wird die Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors 7 unabhängig von dem Tretleistungsparameter von dem Fahrradfahrer gesteuert. Die Steuervorrichtung 10 steuert daher die Tretwiderstandeinrichtung 8 unabhängig von dem steuerbaren Elektromotor 7 an. Dabei wird die
Tretwiderstandeinrichtung 8 in Abhängigkeit des vom
Fahrradfahrer vorgegebenen Tretleistungsparameters und gegebenenfalls in Abhängigkeit des zumindest einen weiteren Parameters angesteuert.
Völlig unabhängig davon steuert die Steuervorrichtung 10 den steuerbaren Elektromotor 7 entsprechend der Vorgabe des Fahrradfahrers beziehungsweise entsprechend dem vom
Fahrradfahrer vorgegebenen Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit oder für die elektrische Leitungsabgabe des Elektromotors an (Signal des Drehgriffs 17).
Durch die Entkopplung der Ansteuerung des Elektromotors 7 und der Tretwiderstandeinrichtung 8 ist es dem Fahrradfahrer möglich, sich einerseits mit einer bestimmten vorgegebenen
Geschwindigkeit (Drehgriff 17) fortzubewegen und während der Fahrt ein Trainingsprogramm über die Treteinrichtung 6 abzuarbeiten und/oder ein besonders komfortables Tretgefühl an der Treteinrichtung 6 einzustellen.
In einem weiteren möglichen Modus wird die Antriebsleistung des Elektromotors 7 in Abhängigkeit von dem Tretleistungsparameter gesteuert. In diesem Betriebsmodus ist also die vom Elektromotor 7 abgegebene Antriebsleistung an den vorgegebenen
Tretleistungsparameter gekoppelt. Die Abhängigkeit kann jedoch frei konfiguriert werden. Dies ist beispielhaft in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Dabei ist Figur 3 ein Diagramm auf dessen Ordinate eine Leistungs Skala P und auf dessen Abszisse die Freguenz f der Treteinrichtung aufgetragen sind. In dem Diagramm ist mit durchgezogener Linie die Antriebsleistung Pmot des Elektromotors 7 und mit gestrichelter Linie die vom Fahrer erbrachte Tretleistung Pf in Abhängigkeit von der Freguenz F der Treteinrichtung 6 dargestellt. Diese Abhängigkeit kann vom Fahrradfahrer über die Steuereinrichtung 10 frei konfiguriert werden, so dass sich ein Tretgefühl und ein Antriebsverhalten des Fahrrads 1 voll nach seinen individuellen Vorstellungen realisieren lässt.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine in Figur 4 dargestellte Abhängigkeit zwischen dem vom Fahrradfahrer aufgebrachten Tretkraft F (Ordinate) und der Tretfreguenz f (durchgezogene Abszisse) oder alternativ der Antriebsleistung des Elektromotors Pmot ( gestrichelte Abszisse) konfiguriert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die steuerbare Tretwiderstandeinrichtung 8 derart angesteuert, dass die vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretleistung beim Anfahren des Fahrrads 1 einen vorgegeben Startwert annimmt. Das Anfahren des Fahrrads 1 kann beispielsweise über den ersten Drehzahlsensor 15 oder den zweiten Drehzahlsensor 16 erkannt werden. Der Startwert kann von dem Fahrradfahrer individuell nach seinen Ansprüchen konfiguriert werden. Dadurch ergibt sich ein für den Fahrradfahrer besonders komfortables Anfahrverhalten.
Die mittels des Generators 8 erzeugte elektrische Leistung wird vorteilafterweise dem Energiespeicher zugeführt.
Das Fahrrad 1 kann auch als stationäres Trainingsgerät verwendet werden, beispielsweise als„Home-Trainer" . Dazu kann das Fahrrad in einer entsprechenden Halterung (Gestell) ortsfest platziert werden. Aufgrund der TretwiderStandseinrichtung 8 ist kein weiterer Bremsmechanismus (z.B. Wirbelstrombremse oder
Schleifband) zu Einstellung der Tretleitung notwendig . Durch die als Generator ausgebildete TretwiderStandseinrichtung 8 kann der durch die Tretleistung der Fahrradfahrers erzeugte elektrische Leistung dem Energiespeicher 9 zugeführt und zu einem späteren wieder zum Antrieb des Fahrrads 1 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für ein elektrisch betriebenes Fahrrad (1) mit einem steuerbaren Elektromotor (7) zum Antrieb des Fahrrads (1), einer Treteinrichtung (6) für einen
Fahrradfahrer und einer steuerbaren
Tretwiderstandeinrichtung (8), welche mit der
Treteinrichtung (6) gekoppelt ist, wobei von der steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung (8) ein
Tretwiderstand in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Tretleistungsparameter erzeugt wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zumindest einen Tretleistungsparameter um einen Sollwert für die vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretleistung, für die Tretfreguenz und/oder für das vom Fahrradfahrer zu erbringende Tretdrehmoment handelt.
3. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der zumindest eine vorgegebene Tretleistungsparameter in Abhängigkeit von zumindest einem weiteren Parameter variiert .
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem zumindest einen weiteren Parameter um eine der folgenden Größen handelt:
zurückgelegte Fahrstrecke,
Fahrtdauer,
Pulsfreguenz des Fahrradfahrers,
Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads (1).
5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Tretleistung beim Anfahren des Fahrrads (1) einen vorgegebenen Startwert annimmt .
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Tretleistungsparameter vom Fahrradfahrer variiert wird. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors (7) unabhängig von dem zumindest einen Tretleistungsparameter vorgegeben wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 6, wobei die
Antriebsleistung des steuerbaren Elektromotors (7) in Abhängigkeit von einer Vorgabe des Fahrradfahrers gesteuert wird .
Betriebsverfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Vorgabe des Fahrradfahrers um einen Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads (1) oder um einen Sollwert für die elektrische Leistungsangabe des Elektromotors (7) handelt .
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Antriebsleistung des Elektromotors (7) in Abhängigkeit von dem zumindest einen Tretleistungsparameter gesteuert wird .
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die steuerbare Tretwiderstandeinrichtung (8) als elektrischer Generator ausgebildet ist, welcher von dem Fahrradfahrer über die Treteinrichtung (6) angetrieben wird .
Betriebsverfahren nach Anspruch 9, wobei die von dem Generator (8) erzeugte elektrische Energie einem elektrischen Energiespeicher (9) des Fahrrads (1) zugeführt wird .
Steuervorrichtung (10) für ein elektrisch betriebenes Fahrrad (1) mit einem steuerbaren Elektromotor (7) zum Antrieb des Fahrrads (1), einer Treteinrichtung (6) für einen Fahrradfahrer und einer steuerbaren
Tretwiderstandeinrichtung (8), welche mit der
Treteinrichtung (6) gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet und mit Mitteln versehen ist, dass sie ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführen kann.
14. Elektrisch betriebenes Fahrrad (1) mit
einem steuerbaren Elektromotor (7) zum Antrieb des Fahrrads ( 1 ) ,
einer Treteinrichtung (6) für einen Fahrradfahrer, einer steuerbaren Tretwiderstandeinrichtung (8), welche mit der Treteinrichtung (6) gekoppelt ist, und einer Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 13, welche zumindest mit der Tretwiderstandeinrichtung (8) gekoppelt ist.
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