DE102021106181A1

DE102021106181A1 - Drive arrangement for a vehicle that can be operated at least partially by muscle power and method for operating the drive arrangement

Info

Publication number: DE102021106181A1
Application number: DE102021106181.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Greb; Julian Botiov; Yilan Huang; Lars Schumann; Jose Alexander Lazo Zamalloa
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung.The invention relates to a drive arrangement for a vehicle that can be operated at least partially by muscle power and a method for operating the drive arrangement.

Description

Zumindest teilweise muskelkraftbetriebene bzw. betreibbare Fahrzeuge, beispielsweise Fahrräder mit einem Hilfsantrieb, sind aus dem Stand der Technik als Elektrofahrräder bekannt. Ein Elektrofahrrad ist ein Fahrrad mit einem zusätzlich eingebauten Elektromotor. Ein mit dem Elektromotor zusammenwirkender Akkumulator ist abnehmbar ausgeführt und kann an einer Haushalts-Steckdose aufgeladen werden. Aus führerscheinrechtlichen Gründen wird unterschieden zwischen Fahrrädern mit beschränkter Tretunterstützung (Pedelec), Fahrrädern mit unlimitierter Tretunterstützung (schnelles Pedelec), Fahrrädern mit tretunabhängigem Zusatzantrieb (E-Bike) und Elektrorädern ohne Tretantrieb (E-Scooter). Bei einem Pedelec springt der Elektromotor nur an, wenn in die an einer Tretkurbel angeordneten Pedale getreten wird. Mithin wird das Pedelec zumindest teilweise durch Muskelkraft betrieben. Der Elektromotor unterstützt also nur die Tretkraft.Vehicles that are at least partially muscle-powered or operable, for example bicycles with an auxiliary drive, are known from the prior art as electric bicycles. An electric bicycle is a bicycle with an additional built-in electric motor. An accumulator interacting with the electric motor is designed to be removable and can be charged at a household socket. For driving license reasons, a distinction is made between bicycles with limited pedal assistance (pedelec), bicycles with unlimited pedal assistance (fast pedelec), bicycles with pedal-independent additional drive (e-bike) and electric bicycles without pedal drive (e-scooter). With a pedelec, the electric motor only starts when you step on the pedals on a crank. Consequently, the pedelec is at least partially operated by muscle power. The electric motor only supports the pedaling power.

Aus dem Stand der Technik sind Antriebssysteme für motorisch unterstützte Fahrräder bekannt, bei denen ein Generator die biomechanische Antriebsleistung eines Benutzers in eine elektrische Leistung umwandelt, welche dann durch einen mit einem Rad verbundenen Antriebsmotor wieder in mechanische Antriebsleistung umgewandelt wird.Drive systems for motor-assisted bicycles are known from the prior art, in which a generator converts the biomechanical drive power of a user into electrical power, which is then converted back into mechanical drive power by a drive motor connected to a wheel.

Aus der DE 10 2011 082 082 A1 geht ein Fahrrad mit einem als Nabenmotor ausgebildeten Hilfsmotor hervor. Ferner umfasst das Fahrrad ein durch den Hilfsmotor antreibbares Antriebsrad, ein Tretlager mit einer Pedalerie, deren mechanische Energie ein im Tretlager angeordneter Generator in elektrische Energie umwandelt. Der Generator kann den Hilfsmotor betreiben. Dabei ist der Hilfsmotor derart mechanisch getrennt von der Pedalerie angeordnet, dass der Hilfsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von einem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist.From the DE 10 2011 082 082 A1 a bicycle with an auxiliary motor designed as a hub motor emerges. The bicycle also includes a drive wheel that can be driven by the auxiliary motor, a bottom bracket with pedals whose mechanical energy is converted into electrical energy by a generator arranged in the bottom bracket. The generator can operate the auxiliary engine. The auxiliary motor is arranged mechanically separately from the pedals in such a way that the auxiliary motor can be operated exclusively by the electrical energy that can be provided by the generator and/or by an energy store.

Die 10 2017 213 303 A1 beschreibt eine Motoranordnung mit einem Antriebsmotor und einer Getriebevorrichtung, die radial innerhalb des Antriebsmotors angeordnet ist. Diese Motoranordnung ist dazu vorgesehen, über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden. Auch hierbei wird der Generator durch Muskelkraft über eine Tretkurbel angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Somit entfällt auch hierbei eine Antriebskette oder ein Antriebsriemen am Fahrzeug.DE 10 2017 213 303 A1 describes a motor arrangement with a drive motor and a transmission device, which is arranged radially inside the drive motor. This motor arrangement is intended to be connected to an electrical generator and/or to an electrical energy store via an electrical line. Here, too, the generator is driven by muscle power via a pedal crank to generate electrical energy that is used to drive the vehicle. This means that a drive chain or a drive belt on the vehicle is no longer required.

Der Fahrer treibt also mittels Drehung der Tretkurbeln lediglich einen Generator an, der Strom erzeugt. Mit diesem kann beispielsweise eine Batterie geladen oder direkt der Antriebs-Elektromotor angetrieben werden. Weiterhin kann über eine geladene Batterie zusätzlich Strom für den Antriebs-Elektromotor zur Verfügung gestellt werden.By turning the pedal cranks, the driver only drives a generator that generates electricity. With this, for example, a battery can be charged or the drive electric motor can be driven directly. Furthermore, additional power for the drive electric motor can be made available via a charged battery.

Grundsätzlich ist es möglich, eine solche Anordnung mit einem Radnabenmotor als Antriebsmotor in einem Rekuperationsmodus zu betreiben. Dies erfordert jedoch ein Signal, beispielsweise am Bremshebel, und eine entsprechende Übertragung des Signals an die Steuerungselektronik des Radnabenmotors. Neben den Kosten und der generellen Fehleranfälligkeit wird oftmals auch die Optik als nachteilig empfunden.In principle, it is possible to operate such an arrangement with a wheel hub motor as the drive motor in a recuperation mode. However, this requires a signal, for example on the brake lever, and a corresponding transmission of the signal to the control electronics of the wheel hub motor. In addition to the costs and the general susceptibility to errors, the optics are often perceived as disadvantageous.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine seriell-hybride Antriebsanordnung ohne mechanische Verbindung zwischen Tretkurbel und Antriebsrad zu schaffen, mit der es dem Fahrer möglich ist, einen Rekuperationsmodus kabellos auszulösen. Weiter ist es die Aufgabe, dem Fahrer zu ermöglichen, effizient zwischen einem Rekuperationsmodus und einem Bremsmodus wechseln zu könnenThe object of the invention is therefore to create a serial-hybrid drive arrangement without a mechanical connection between the pedal crank and the drive wheel, with which it is possible for the driver to trigger a recuperation mode wirelessly. Another task is to enable the driver to switch efficiently between a recuperation mode and a braking mode

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsanordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung nach Anspruch 5.This object is achieved by a drive arrangement according to claim 1 and by a method for operating the drive arrangement according to claim 5.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist dafür vorgesehen, als Antriebsanordnung eines zumindest teilweise muskelkraftbetreibbaren Fahrzeugs verbaut zu werden. Sie umfasst zunächst einen Generator, der über eine Welle (und gegebenenfalls weiter über ein Getriebe) mit einer Tretkurbel derart verbindbar ausgebildet ist, dass durch die Tretkurbel erzeugte mechanische Energie von dem Generator in elektrische Energie umwandelbar ist.The drive arrangement according to the invention is intended to be installed as a drive arrangement of a vehicle that can be operated at least partially by muscle power. First of all, it comprises a generator which can be connected via a shaft (and possibly also via a gear) to a pedal crank in such a way that mechanical energy generated by the pedal crank can be converted into electrical energy by the generator.

Die Antriebsanordnung umfasst ferner mindestens einem Antriebsmotor. Dieser ist dafür ausgebildet, ein Antriebsrad des Fahrzeugs in einem ersten Betriebsmodus anzutreiben. Dieser erste Betriebsmodus - also gewissermaßen der „Fahrmodus“ - kann insbesondere für mehrspurige Fahrzeuge in einer bevorzugten Ausführungsform auch in rückwärtiger Richtung, also entgegen der Fahrtrichtung als Rückwärtsgang, betrieben werden. Dies kann insbesondere bei mehrspurigen Fahrzeugen vorteilhaft für ein Rangieren sein. Bei dem Antriebsrad kann es sich um eines oder mehrere Hinter- oder Vorderräder des anzutreibenden Fahrzeugs handeln.The drive assembly also includes at least one drive motor. This is designed to drive a drive wheel of the vehicle in a first operating mode. In a preferred embodiment, this first operating mode—that is to say the “driving mode” so to speak—can also be operated in the reverse direction, ie opposite to the direction of travel as a reverse gear, particularly for multi-lane vehicles. This can be advantageous for maneuvering, particularly in the case of multi-lane vehicles. The drive wheel can be one or more rear or front wheels of the vehicle to be driven.

Ferner umfasst die Antriebsanordnung einen Energiespeicher, der sowohl extern geladen werden kann als auch vom Generator oder vom Antriebesmotor erzeugte Energie speichern kann. Dabei wird der mindestens eine Antriebsmotor ausschließlich mit elektrischer Energie betrieben, die entweder direkt von dem Generator und/oder von dem Energiespeicher bereitgestellt wird.Furthermore, the drive arrangement includes an energy storage device that can be charged externally and can also store energy generated by the generator or by the drive motor. The at least one drive motor is operated exclusively with electrical energy, which is provided either directly by the generator and/or by the energy store.

Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Antriebsmotor in einem zweiten Betriebsmodus generatorisch betreibbar, wobei die hierdurch erzeugte Energie dem Energiespeicher zugeführt wird, oder in einem dritten Betriebsmodus so bestrombar, dass auf das Antriebsrad eine Bremswirkung einwirkt. Bevorzugt ist der Antriebsmotor als Radnabenmotor ausgebildet.According to the invention, the at least one drive motor can be operated as a generator in a second operating mode, with the energy generated thereby being supplied to the energy store, or in a third operating mode can be energized in such a way that a braking effect acts on the drive wheel. The drive motor is preferably designed as a wheel hub motor.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind ferner Mittel vorgesehen, die eine in die Tretkurbel entgegen der Antriebsrichtung eingebrachte Bewegung erfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Bewegung um eine entgegen der Antriebsrichtung eingebrachte Bewegung, also um eine klassische „Rücktrittsbewegung“. Um zu detektieren, wann dieser Rücktritt vom Fahrer wieder aufgegeben wird, kann auch eine in beiden Rotationsrichtungen eingebrachte Bewegung detektierbar sein. Ebenso kann diese Bewegung durch den Fahrer im Rückwärtsrollen des Fahrzeugs detektierbar sein.In a preferred embodiment, means are also provided which detect a movement introduced into the pedal crank counter to the drive direction. This movement is preferably a movement introduced counter to the drive direction, ie a classic “receding movement”. In order to detect when this withdrawal is given up again by the driver, a movement introduced in both directions of rotation can also be detectable. This movement can also be detectable by the driver when the vehicle rolls backwards.

Bei derartigen Mitteln kann es sich um Sensoren beliebiger geeigneter Art handeln. Bevorzugt können diese Mittel - also Sensoren jeder geeigneten Art - die in die Tretkurbel (vom Fahrer) eingebrachte Bewegung detektieren. Die Mittel sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass die entgegen der Antriebsrichtung eingebrachte Bewegung hinsichtlich der Parameter Drehwinkel und/oder Drehgeschwindigkeit und/oder Drehmoment detektiert wird.Such means can be sensors of any suitable type. These means—that is, sensors of any suitable type—can preferably detect the movement introduced into the pedal crank (by the driver). The means are preferably designed in such a way that the movement introduced counter to the drive direction is detected with regard to the parameters of the angle of rotation and/or rotational speed and/or torque.

Weiter bevorzugt sind die Mittel so ausgebildet, dass die in die Tretkurbel entgegen der Antriebsrichtung eingebrachte Bewegung dahingehend unterschieden werden kann, über welche(s) von einem mit der Tretkurbel verbundenem ersten Pedal und zweiten Pedal die Bewegung eingebracht oder mit überwiegendem Drehmoment eingebracht wird. Damit soll der Fahrer in die Lage versetzt werden, über bewusstes überwiegendes Treten eines der beiden Pedale unterschiedliche Fahranforderungen an das Fahrzeug zu stellen. Die Mittel können diesbezüglich konfigurierbar ausgebildet sein, also sowohl hinsichtlich der Auswahl des Pedals als auch hinsichtlich der Gewichtung eines „überwiegenden Drehmoments“ zwischen den beiden Pedalen.More preferably, the means are designed so that the movement introduced into the pedal crank counter to the drive direction can be differentiated by which movement is introduced by a first pedal and second pedal connected to the pedal crank or with a predominant torque. This is intended to enable the driver to make different driving demands on the vehicle by deliberately predominantly stepping on one of the two pedals. In this regard, the means can be designed to be configurable, ie both with regard to the selection of the pedal and with regard to the weighting of a “predominant torque” between the two pedals.

Bevorzugt ist ferner eine Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit von der erfassten Bewegung der Tretkurbel den ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus des Antriebsmotors und gegebenenfalls eine Bestromung des Generators steuert.Furthermore, a control unit is preferably provided which, depending on the detected movement of the pedal crank, controls the first, second or third operating mode of the drive motor and optionally an energization of the generator.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer vorstehend beschriebenen Antriebsanordnung umfasst mehrere Schritte:

In einem ersten Schritt wird ein entgegen der Antriebsrichtung des mit der Antriebsanordnung ausgestatteten Fahrzeugs gerichtete Rotation der Tretkurbel detektiert. Dies kann im einfachsten Fall eine Bewegung durch den Fahrer sein, die sich aus der konventionell bekannten „Rücktrittbremse“ ergibt.

The method according to the invention for controlling a drive arrangement described above comprises several steps:

In a first step, a rotation of the pedal crank directed counter to the drive direction of the vehicle equipped with the drive arrangement is detected. In the simplest case, this can be a movement by the driver, which results from the conventionally known "coaster brake".

Bei Erreichen eines vorab festlegbaren Rotationswinkels α_rec, der ein Maß für einen Rekuperationswunsch des Fahrers repräsentieren kann, wird in einem weiteren Schritt der Antriebsmotor im zweiten Betriebsmodus betrieben. Anders ausgedrückt: Vorab wird ein bestimmter Rücktrittwinkel festgelegt, der vom Antriebssystem als Signal erkannt werden soll, um einen Rekuperationsmodus auszulösen.When a previously definable angle of rotation α _rec is reached, which can represent a measure of the driver's wish for recuperation, in a further step the drive motor is operated in the second operating mode. In other words: a specific backpedal angle is defined in advance, which the drive system should recognize as a signal in order to trigger a recuperation mode.

Weiter erfindungsgemäß wird bei Erreichen eines vorab festlegbaren Rotationswinkels α_brake, der größer ist als α_rec, der Antriebsmotor im dritten Betriebsmodus betrieben.According to the invention, when a previously definable angle of rotation α _brake is reached, which is greater than α _rec , the drive motor is operated in the third operating mode.

Für den Fall, dass der Energiespeicher vollständig geladen ist, bzw. die Ladekapazität des Energiespeichers größer als ein vorab festlegbarer Wert ist, wird bereits bei Erreichen des Rotationswinkels α_rec der Antriebsmotor in den dritten Betriebsmodus versetzt, um. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn kurz nach dem vollständigen Laden des Energiespeichers eine Bergabfahrt folgt, während der der Fahrer die „Rücktrittbremse“ betätigen will.In the event that the energy storage is fully charged, or the charging capacity of the energy storage is greater than a predetermined value, already upon reaching the rotation angle α _rec the drive motor is placed in the third operating mode to. This makes sense, for example, if the energy store is about to be driven downhill shortly after the energy store has been fully charged, during which the driver wants to actuate the "back-up brake".

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren noch verfeinert ausgeführt, wobei eine Unterscheidung zwischen der Einwirkung auf die beiden Pedale getroffen wird: Nur wenn die Rotation überwiegend über eines der beiden Pedale, ausgelöst wird, erfolgt der Übergang in Rekuperationsmodus bzw. in den Bremsmodus. Hierfür kann vorab konfigurierbar sein, welches der beiden Pedale hier als Signalgeber dienen soll. Eine überwiegende Betätigung des anderen Pedals löst dann keinen Übergang in einen dieser Modi aus. Diese Unterscheidung kann vorteilhaft sein, wenn der Fahrer aus Komfortgründen oder Sicherheitsgründen die Pedale in eine geänderte Position verbringen will. So kann es beispielsweise in einer Kurvenfahrt sinnvoll sein, das kurven-innere Pedal nicht im unteren Totpunkt zu positionieren um Bodenkontakt zu vermeiden. Ist ein hoher Gang eingelegt, so ließe sich das Pedal daher nach hinten schneller umpositionieren als vorwärts.In a further preferred embodiment, the method is carried out in an even more refined manner, with a distinction being made between the action on the two pedals: only if the rotation is predominantly triggered via one of the two pedals does the transition to recuperation mode or braking mode take place. For this purpose, it can be configured in advance which of the two pedals is to serve as the signal transmitter. Predominant actuation of the other pedal then does not trigger a transition to one of these modes. This distinction can be advantageous if the driver wants to move the pedals to a different position for reasons of comfort or safety. For example, when cornering, it can make sense not to position the pedal on the inside of the curve at bottom dead center in order to avoid contact with the ground. If a high gear is engaged, the pedal could therefore be repositioned backwards more quickly than forwards.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt, dass bei Erreichen einer Stillstandsposition des Antriebsrads der aktuell betriebene Betriebsmodus deaktiviert wird. Die Stillstandsposition kann über Sensorik ermittelt werden, die die Rotation des Antriebsrades ermittelt. Sofern der Antriebsmotor ein Radnabenmotor ist, kann diese Stillstandsinformation auch ausschließlich über diesen ermittelt werden.In a further preferred embodiment, the method also includes the step that when the drive wheel reaches a standstill position, the currently operated operating mode is deactivated. The standstill position can be determined by sensors that determine the rotation of the drive wheel. If the drive motor is a wheel hub motor, this standstill information can also be determined exclusively via this.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt, dass zusätzlich der Generator dergestalt bestromt wird, dass der entgegen der Antriebsrichtung gerichteten Rotation der Tretkurbel dem einem Rotationswinkel α_brake ein Drehmoment M_brake entgegengestellt wird. Dieses Drehmoment M_brake korreliert mit der durch den Rücktritt angeforderten Bremswirkung und passt damit das Fahrgefühl an die konventionell bekannte Rücktrittsfunktion an.In a further preferred embodiment, the method also includes the step that the generator is additionally energized in such a way that the rotation of the pedal crank directed counter to the drive direction is opposed to a rotation angle α _brake by a torque M _brake . This torque M _brake correlates with the braking effect required by the back pedal and thus adapts the driving experience to the conventionally known back pedal function.

Dabei kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Drehmoment M_brake in Abhängigkeit von dem Rotationswinkel α > α_brake der Tretkurbel entgegengestellt werden. Ferner ist es dabei möglich, dass das Drehmoment M_brake mit progressiver Wirkung entgegengestellt wird, um eine abrupte Wirkung zu verhindern, die den Fahrkomfort schmälert.In a further preferred embodiment, the torque M _brake can be opposed to the pedal crank as a function of the angle of rotation α>α _brake . Furthermore, at this time, it is possible for the torque M _brake to be counteracted with a progressive effect in order to prevent an abrupt effect degrading the driving comfort.

Weiter bevorzugt kann die Bestromung des Generators durch die Rotation der Tretkurbel auch begrenzt werden. Dabei umfasst das Verfahren bei Erreichen eines weiteren vorab festlegbaren Rotationswinkels α_snap, wobei α_snap > α_brake, durch Rotation der Tretkurbel über eines der Pedale oder des signalgebenden Pedals weiter den Schritt, dass der Antriebsmotor im zweiten Betriebsmodus betrieben wird und dabei das Drehmoment M_brake aufgehoben oder zumindest reduziert wird. Für das Fahrgefühl bedeutet dies im übertragenen Sinne ein „Einrasten“ des Rekuperationsmodus''.More preferably, the energization of the generator can also be limited by the rotation of the pedal crank. When a further angle of rotation α _snap , which can be defined in advance, is reached, where α _snap > α _brake , the method further includes the step that the drive motor is operated in the second operating mode and the torque M _brake is canceled or at least reduced. For the driving experience, this means, in a figurative sense, that the recuperation mode "engages".

Weiter bevorzugt kann durch eine Rotation der Tretkurbel über einen weiteren Rotationswinkel α_reverse hinaus die Steuereinheit den Fahrerwunsch detektieren, in einen Rückwärtsgang zu schalten, also den Antriebsmotor nunmehr zum Antrieb des Antriebsrades in entgegengesetzter Richtung zu bestromen. Dies geschieht vorzugsweise bei einem Winkel ungleich der „6 Uhr-Stellung“, um das Umschalten in diesen Modus nicht durch ein unbewusstes „Pendeln“ des Fahrers in dieser Stellung auszulösen.More preferably, by rotating the pedal crank through a further rotation angle α _reverse , the control unit can detect the driver's desire to shift into reverse gear, ie to energize the drive motor to drive the drive wheel in the opposite direction. This preferably occurs at an angle other than the “6 o'clock position” so that switching to this mode is not triggered by the driver unknowingly “oscillating” in this position.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Erfindung anhand der beiden Figur näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of the invention with reference to the two figures.

Hierbei zeigt 1 eine schematische Darstellung einer auf einer Welle 3 positionierten Tretkurbel 4 mit Pedalen 1 in einer Stillstandsposition des Fahrzeugs. Erkennbar ist ebenfalls das Gehäuse 2, das den hier nicht dargestellten Generator umgibt.Here shows 1 a schematic representation of a crank 4 positioned on a shaft 3 with pedals 1 in a standstill position of the vehicle. The housing 2, which surrounds the generator (not shown here), can also be seen.

2 zeigt eine schematische Darstellung derselben Anordnung, wobei die Welle 3 samt Tretkurbel 4 und Pedalen 1 in eine geeignete „Rücktritt“-Position verbracht ist. 2 shows a schematic representation of the same arrangement, with the shaft 3 together with the crank 4 and the pedals 1 being placed in a suitable “backpedaling” position.

3 zeigt die am Antrieb beteiligten Komponenten von einem Pedal 1 über die Tretkurbel 4, den Generator 5, einen Umrichter 6, die optionale Einbindung des Energiespeichers 7 in den Energiefluss, einen weiteren Umrichter 8, den Antriebsmotor 9 und schließlich das Antriebsrad 10. Erkennbar ist ebenfalls die Steuereinheit 11. Dargestellt ist ebenfalls ein mobiles Gerät 12 - hier als ein Smartphone, über welches Voreinstellung entsprechend einem Fahrerwunsch an die Steuereinheit 11 übermittelt werden können. 3 shows the components involved in the drive from a pedal 1 to the crank 4, the generator 5, a converter 6, the optional integration of the energy store 7 into the energy flow, a further converter 8, the drive motor 9 and finally the drive wheel 10. It can also be seen the control unit 11. A mobile device 12 is also shown—here as a smartphone, via which presettings can be transmitted to the control unit 11 in accordance with a driver's request.

4 zeigt die Anordnung aus 3 mit den als gestrichelte Pfeile dargestellten Schritten, die durch den Fahrerwunsch ausgelöst werden:

Durch den Generator 5 und entsprechende (nicht dargestellte) Sensorik wird die fahrerseitige Drehung der Tretkurbel 4 in Drehzahl, Drehmoment und/oder Drehrichtung sowie Absolutwinkel erfasst und an die Steuereinheit 11 übertragen.
Durch das Antriebsrad 10 (oder bei einem Radnabenantrieb durch den Antriebsmotor 9) und entsprechende (nicht dargestellte) Sensorik wird die Drehzahl bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst und an die Steuereinheit 11 übermittelt.

4 shows the arrangement 3 with the steps shown as dashed arrows, which are triggered by the driver's request:

The rotation of the pedal crank 4 on the driver's side in terms of speed, torque and/or direction of rotation and absolute angle is detected by the generator 5 and corresponding sensors (not shown) and transmitted to the control unit 11 .
The rotational speed or the vehicle speed is detected by the drive wheel 10 (or by the drive motor 9 in the case of a wheel hub drive) and corresponding sensors (not shown) and transmitted to the control unit 11 .

5 zeigt die Anordnung aus 3 mit den als gestrichelte Pfeile dargestellten softwareseitig generierten Reaktionssignalen: Hier dargestellt ist die Übermittlung eines geforderten Rekuperationsmoments, bzw. Bremsmoments an den Elektromotor 9 sowie die Übermittlung eines gefordertes Generatorgegenmoment an den Generator 5, das dem Fahrer über die Pedale 1,1' vermittelt wird. 5 shows the arrangement 3 with the reaction signals generated by the software shown as dashed arrows: Shown here is the transmission of a required recuperation torque or braking torque to the electric motor 9 and the transmission of a required generator counter-torque to the generator 5, which is conveyed to the driver via the pedals 1,1'.

6 zeigt den Generator 5 sowie die Tretkurbel 4 und ein Pedal 1, wobei die Fahrtrichtung entsprechend dem unteren Pfeil von links nach rechts gerichtet ist und dementsprechend die Tretkurbel 4 in Fahrtrichtung im Uhrzeigersinn bewegt wird. Dargestellt sind die verschiedenen Winkel, über die der Fahrer vermittels Drehung entgegen der Fahrtrichtung (also hier entgegen dem Uhrzeigersinn) einen Übergang zwischen verschieden Betriebsmodi auslösen kann. Bei dem Rotationswinkel α_rec wird ein Rekuperationsmodus als zweiter Betriebsmodus ausgelöst, und bei dem Rotationswinkel α_brake wird ein Bremsmodus als dritter Betriebsmodus ausgelöst. Durch den Generator 5 ist der Tretkurbel 4 ein entgegengerichtetes Drehmoment Mbrake beaufschlagt, das bei Erreichen des Rotationswinkel α_snap aufgehoben oder reduziert wird. Das Erreichen des Winkels αreverse , welches das Umschalten in einen Rückwärtsgang auslöst ist schematisch mit einem „Spiralpfeil“ gekennzeichnet, da im beabsichtigten Betrieb des Rückwärtsgang beim erneuten Durchgang durch die 0°-Stellung (12 Uhr) nicht wieder der Rücktritt aktiviert werden darf, da ansonsten ein kontinuierliches Rückwärtstreten nicht möglich wäre. Dieser Rücktrittmodus wird erst dann wieder aktiv, wenn nach dem Rückwärtstreten eine erneute Drehrichtungsumkehr erfasst wird. Somit wäre auch ein sogenannter Segelbetrieb im Freilaufmodus möglich bei Rückwärtsfahrt, da ein Kurbelstillstand allein zum Umschalten in den Vorwärts/RücktrittModus nicht ausreichen würde. 6 shows the generator 5 and the crank 4 and a pedal 1, the direction of travel being directed from left to right according to the lower arrow and accordingly the crank 4 is moved clockwise in the direction of travel. Shown are the different angles over which the driver can trigger a transition between different operating modes by turning against the direction of travel (in this case counterclockwise). At the angle of rotation α _rec becomes a Recuperation mode triggered as a second operating mode, and at the angle of rotation α _brake a braking mode is triggered as a third operating mode. An opposing torque Mbrake is applied to the pedal crank 4 by the generator 5, which torque is canceled or reduced when the rotation angle α _snap is reached. Reaching the angle αreverse, which triggers the switch to reverse gear, is marked schematically with a "spiral arrow", since in the intended operation of reverse gear when passing through the 0° position (12 o'clock) again, backpedaling must not be activated again, since otherwise continuous backward pedaling would not be possible. This backpedaling mode only becomes active again when a new reversal of the direction of rotation is detected after pedaling backwards. So-called coasting operation in freewheeling mode would also be possible when driving backwards, since stopping the crank alone would not be sufficient to switch to forward/backpedaling mode.

BezugszeichenlisteReference List

1,1'1.1': Pedalpedal
22: GehäuseHousing
33: WelleWave
44: Tretkurbelcrank
55: Generatorgenerator
66: Umrichterconverter
77: Energiespeicherenergy storage
88th: Umrichterconverter
99: Antriebsmotordrive motor
1010: Antriebsraddrive wheel
1111: Steuereinheitcontrol unit
1212: mobiles Gerätmobile device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102011082082 A1 [0004]

Claims

Drive arrangement for a vehicle that can be operated at least partially by muscle power, comprising - a generator (5) which is designed to be connectable via a shaft (3) to a pedal crank (4) in such a way that mechanical energy generated by the pedal crank (4) is transferred from the generator (5) to electrical energy can be converted, - at least one drive motor (9) which is designed to drive a drive wheel (10) of the vehicle in a first operating mode, - an energy store (7), the at least one drive motor (9) being powered directly by the generator (5) and/or the electrical energy that can be made available by the energy store (7), characterized in that the drive motor (9) is designed in such a way that it - can be operated as a generator in a second operating mode, the energy generated being supplied to the energy store (7 ) is supplied, and - in a third operating mode can be energized in such a way that a braking effect acts on the drive wheel (10).

Drive arrangement for an at least partially muscle-powered vehicle claim 1 , characterized in that means are provided in order to detect a movement introduced into the pedal crank (4) counter to the drive direction with regard to the parameters of rotation angle and/or rotation speed and/or torque.

Drive arrangement for an at least partially muscle-powered vehicle claim 2 , characterized in that the means are designed to differentiate the movement introduced into the pedal crank (4) counter to the drive direction in terms of which of the first pedal (1) and second pedal (1') connected to the pedal crank (4) ) the movement is introduced.

Drive arrangement for an at least partially muscle-powered vehicle according to one of claims 2 until 4 , characterized in that it further comprises a control unit which is designed to control the first, second or third operating mode of the drive motor (9) as a function of the detected movement of the pedal crank (4).

Method for controlling a drive arrangement according to one of Claims 1 until 4 , comprising the steps i. Detecting a rotation of the pedal crank (4) directed counter to the drive direction of the vehicle equipped with the drive arrangement, when a rotation angle α _rec that can be defined in advance is reached: if the charging capacity of the energy store (7) is greater than a value that can be defined in advance: ii: operating the drive motor ( 9) in the second mode of operation. upon reaching a previously definable angle of rotation α _brake : iii. Operating the drive motor (9) in the third operating mode. if the charging capacity of the energy store (7) is less than or equal to a previously definable value: ii'. Operating the drive motor (9) in the third operating mode.

Method for controlling a drive arrangement claim 5 one of the Claims 1 until 4 , wherein the detection of the rotation of the pedal crank (4) also includes a detection of whether the rotation is triggered predominantly via a first pedal (1) or via a second pedal (1'), and steps ii. and iii. only take place if the rotation is mainly triggered via the first pedal (1).

Method for controlling a drive arrangement claim 5 or 6 , wherein when the drive wheel (10) reaches a standstill position, the operated operating mode is deactivated.

Method for controlling a drive arrangement according to one of Claims 5 until 7 , wherein the generator (5) is additionally energized in such a way that the rotation of the pedal crank (4) directed counter to the drive direction is opposed by a torque M _brake from a rotation angle α _brake .

Method for controlling a drive arrangement claim 8 , whereby the torque M _brake is opposed to the pedal crank (4) as a function of the angle of rotation α > α _brake .

Method for controlling a drive arrangement claim 8 or 9 , upon reaching a previously definable angle of rotation α _snap by rotating the pedal crank (4) via one of the pedals (1, 1') further comprising the step: iii. Operating the drive motor (9) in the second or third operating mode, with the torque M _brake being canceled or at least reduced.