DE102010026810A1

DE102010026810A1 - Electrical bicycle, has control device electrically connected to measuring arrangement for controlling electric motor depending on measured quantity, and measuring arrangement comprising deformation sensor

Info

Publication number: DE102010026810A1
Application number: DE102010026810A
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Markus Neubauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-10
Filing date: 2010-07-10
Publication date: 2012-01-12

Abstract

The bicycle has an electro motor (14) for supplementary introduction of a torque to drive the electric bicycle. A measuring arrangement measures size of a running wheel i.e. rear wheel (9) changed by the introductory rotational torques at axles of the wheel. A control device is electrically connected to the measuring arrangement for controlling the electric motor depending on the measured quantity. The measuring arrangement comprises a deformation sensor located on a shaft of the running wheel.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor zur ergänzenden Einleitung eines Drehmoments zum Antrieb des Elektrofahrrades. Derartige Elektrofahrräder sind beispielsweise als Pedelec ausgeführt, bei welchem der Elektromotor ein Drehmoment bereitstellt, welches höchstens genau so groß wie das von einem Fahrer des Elektrofahrrades manuell bereitgestellte Drehmoment ist.The present invention relates to an electric bicycle with an electric motor for supplementary introduction of a torque for driving the electric bicycle. Such electric bicycles are designed, for example, as a pedelec, in which the electric motor provides a torque which is at most as large as the torque manually provided by a driver of the electric bicycle.

Die DE 602 23 307 T2 zeigt eine Steuereinheit für ein motorunterstützes Fahrrad. Die Steuereinheit soll eine Nutzung des motorunterstützten Fahrrades ermöglichen, die zu einer gleichen Fahrwahrnehmung für einen Fahrer des Fahrrades wie bei einem Fahrrad ohne Motorunterstützungseinheit führt. Die Steuereinheit umfasst ein Mittel zum Erfassen eines momentanen Fahrwiderstandes und ein Mittel zum Bestimmen einer Neigung einer Straßenoberfläche, sodass der Motor entsprechend der erfassten Größen gesteuert werden kann.The DE 602 23 307 T2 shows a control unit for a motor-assisted bicycle. The control unit is to enable use of the motor-assisted bicycle, which leads to the same driving perception for a driver of the bicycle as a bicycle without a motor assist unit. The control unit includes means for detecting a current running resistance and means for determining a slope of a road surface so that the engine can be controlled according to the detected quantities.

Aus der DE 37 22 728 C1 ist ein Leistungsmesser für einen Kurbelantrieb bekannt, bei welchem die an einer Kurbel angreifende Kraft über ein Verformungselement auf eine Antriebsscheibe übertragen wird. Die Verformung des Verformungselementes ist ein Maß für die angreifende Kraft und wird mithilfe von Dehnmessstreifen gemessen.From the DE 37 22 728 C1 For example, a power meter for a crank drive is known, in which the force acting on a crank is transmitted to a drive disk via a deformation element. The deformation of the deformation element is a measure of the force acting and is measured by means of strain gauges.

Die DE 82 06 435 U1 zeigt ein Fahrrad mit einem Antrieb durch einen Elektromotor. Das Fahrrad umfasst eine Regeleinrichtung zur Regelung der Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors proportional zu der von einem Fahrer über einen Pedalantrieb aufgebrachten Antriebsleistung. Die vom Fahrer aufgebrachte Antriebsleistung wird beispielsweise mit einer Messeinrichtung an einem mit einer Feder versehenen Kettenspanner oder über ein an einem sich drehenden Bauteil angeordnetes verformbares Element gemessen.The DE 82 06 435 U1 shows a bicycle with a drive by an electric motor. The bicycle comprises a control device for controlling the engine power of the shiftable electric motor proportional to the drive power applied by a driver via a pedal drive. The drive power applied by the driver is measured, for example, with a measuring device on a spring-loaded chain tensioner or via a deformable element arranged on a rotating component.

Aus der JP 08-268372 A ist ein Fahrrad bekannt, bei welchem eine von einem Fahrer des Fahrrades aufgebrachte Pedalkraft durch Messen einer Verformung des Fahrradrahmens bestimmt wird. Die Verformung wird an zwei ein Hinterrad des Fahrrades tragenden Streben gemessen.From the JP 08-268372 A For example, a bicycle is known in which a pedal force applied by a rider of the bicycle is determined by measuring a deformation of the bicycle frame. The deformation is measured on two struts supporting a rear wheel of the bicycle.

Aus der DE 600 32 819 T2 ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines Messsignals bekannt, welches repräsentativ für die Höhe einer von einem Fahrer eines Fahrrades ausgeübten Pedalkraft ist. Bei diesen Verfahren wird die Biegung gemessen, die durch diese Kraft in der Achse eines angetriebenen Rades verursacht wird. Hierfür wird beispielsweise die Verformung der hinteren Achse gemessen. Alternativ werden Kräfte in einem oder in mehreren Lagern der Hinterachse gemessen.From the DE 600 32 819 T2 For example, there is known a method of providing a measurement signal representative of the height of a pedal force applied by a rider of a bicycle. In these methods, the bending caused by this force in the axis of a driven wheel is measured. For this example, the deformation of the rear axle is measured. Alternatively, forces are measured in one or more bearings of the rear axle.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor zur ergänzenden Einleitung eines Drehmomentes bereitzustellen, bei welchem das durch den Elektromotor eingeleitete Drehmoment insbesondere genau in Bezug auf das durch einen Fahrer des Elektrofahrrades manuell eingeleitete Drehmoment gemessen werden kann, um den Elektromotor zu steuern.The object of the present invention, starting from the prior art, is to provide an electric bicycle with an electric motor for supplementary introduction of a torque in which the torque introduced by the electric motor can be measured in particular precisely with respect to the torque manually introduced by a driver of the electric bicycle to control the electric motor.

Die genannte Aufgabe wird durch ein Elektrofahrrad gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.The above object is achieved by an electric bicycle according to the appended claim 1.

Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad ist dafür vorgesehen, sowohl von einem Fahrer des Elektrofahrrades als auch von einem Elektromotor angetrieben zu werden. Das erfindungsgemäße Fahrrad ist bevorzugt als Pedelec ausgeführt, bei welchem das durch den Fahrer eingeleitete Drehmoment und das durch den Elektromotor eingeleitete Drehmoment möglichst gleich groß sind. Zunächst umfasst das erfindungsgemäße Elektrofahrrad mindestens ein um eine Achse rotierbares Laufrad, wobei es sich bevorzugt um ein Hinterrad eines mit zwei Laufrädern ausgeführten Elektrofahrrades handelt. Die Achse ist bevorzugt körperlich ausgebildet und nimmt eine Nabe des Laufrades auf, wobei die Nabe rotierbar auf der körperlich ausgebildeten Achse gelagert ist. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur manuellen Einleitung des durch den Fahrer des Elektrofahrrades aufgebrachten Drehmomentes. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich bevorzugt um einen bei Fahrrädern üblichen Kettenantrieb mit einem Kettenblatt, an welchem Tretkurbeln und Pedale angeordnet sind. Der Kettenantrieb umfasst weiterhin eine Fahrradkette, welche von dem Kettenblatt und einem Ritzel an dem Hinterrad aufgenommen wird. Die Vorrichtung zur manuellen Einleitung des durch den Fahrer des Elektrofahrrades aufgebrachten Drehmomentes steht mit dem Laufrad auf einer ersten axialen Seite des Laufrades in einem Drehmomentfluss. Dies wird bevorzugt dadurch erzielt, dass das Ritzel des Kettenantriebes auf der ersten axialen Seite des Laufrades an der Nabe des Laufrades befestigt ist oder zumindest dort in einem Drehmomentfluss mit dem Laufrad steht. Die erste axiale Seite kann durch eine linke Seite oder durch eine rechte Seite des Laufrades in Bezug auf die Achse des Laufrades gebildet sein. Der Elektromotor dient der ergänzenden Einleitung eines Drehmomentes und steht auf einer zweiten der ersten axialen Seite gegenüberliegenden axialen Seite des Laufrades mit dem Laufrad in einem Drehmomentfluss. Dies ist bevorzugt dadurch realisiert, dass der Elektromotor ebenfalls über einen Kettenantrieb mit dem Laufrad in einem Drehmomentfluss steht, wobei ein Ritzel dieses Kettenantriebes auf der zweiten axialen Seite des Laufrades an der Nabe des Laufrades befestigt ist oder zumindest dort mit dem Laufrad in einem Drehmomentfluss steht. Folglich weist das Laufrad bevorzugt an beiden Seiten ein Ritzel eines Kettenantriebes auf, wobei das eine der beiden Ritzel vom Fahrer mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, während das andere der beiden Ritzel vom Elektromotor mit einem Drehmoment beaufschlagt wird. Die vom Fahrer und vom Elektromotor eingeleiteten Drehmomente können aber auch über andere Getriebeformen auf beiden axialen Seiten des Laufrades eingeleitet werden. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst weiterhin eine Messanordnung zur Messung mindestens einer am Laufrad oder an der Achse des Laufrades messbaren durch die eingeleiteten Drehmomente veränderten Größe. Diese Größe ist von den eingeleiteten Drehmomenten abhängig, bevorzugt von einer Differenz zwischen den beiden eingeleiteten Drehmomenten. Die zu messende Größe kann physikalischer oder geometrischer Art sein. Insofern die Größe physikalischer Art ist, kann es sich beispielsweise um eine Kraft oder um ein Drehmoment handeln. Insofern die zu messende Größe geometrischer Art ist, kann es sich beispielsweise um einen Abstand oder um eine Längenänderung handeln. Die zu messende Größe kann mittelbar oder unmittelbar gemessen werden. Jedenfalls lässt die zu messende Größe einen Rückschluss auf die am Laufrad eingeleiteten Drehmomente zu. Es handelt sich somit nicht um diejenigen Drehmomente, welche am Ort ihrer Entstehung aufgebracht werden, beispielsweise das Drehmoment an der Tretkurbel oder das Drehmoment an der Welle des Elektromotors. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung zum Steuern des Elektromotors. Die Steuereinrichtung ist mit der Messanordnung elektrisch verbunden und ist für eine Steuerung des Elektromotors in Abhängigkeit von der gemessenen Größe konfiguriert. Dabei ist die Steuereinrichtung bevorzugt derart konfiguriert, dass das vom Elektromotor auf das Laufrad eingeleitete Drehmoment dem vom Fahrer auf das Laufrad eingeleitete Drehmoment gleicht. Jedenfalls erlaubt die Steuereinrichtung eine Steuerung des Elektromotors auf der Basis der tatsächlich am Laufrad eingeleiteten Drehmomente.The electric bicycle according to the invention is intended to be driven both by a driver of the electric bicycle and by an electric motor. The bicycle according to the invention is preferably designed as a pedelec, in which the torque introduced by the driver and the torque introduced by the electric motor are as equal as possible. First, the electric bicycle according to the invention comprises at least one impeller rotatable about an axis, wherein it is preferably a rear wheel of a running with two wheels electric bicycle. The axle is preferably formed physically and receives a hub of the impeller, wherein the hub is rotatably mounted on the body-formed axis. The electric bicycle according to the invention further comprises a device for manual introduction of the torque applied by the driver of the electric bicycle. This device is preferably a conventional in bicycles chain drive with a chainring on which cranks and pedals are arranged. The chain drive further comprises a bicycle chain, which is received by the chainring and a pinion on the rear wheel. The device for manual introduction of the torque applied by the driver of the electric bicycle is in a torque flow with the impeller on a first axial side of the impeller. This is preferably achieved in that the pinion of the chain drive is mounted on the first axial side of the impeller on the hub of the impeller or at least there is in a torque flow with the impeller. The first axial side may be formed by a left side or by a right side of the impeller with respect to the axis of the impeller. The electric motor serves to supplement the introduction of a torque and is in a torque flow on a second axial side, opposite the first axial side, of the impeller with the impeller. This is preferably realized in that the electric motor also via a chain drive with the impeller in a Torque flow is, with a pinion of this chain drive is attached to the second axial side of the impeller on the hub of the impeller or is at least there with the impeller in a torque flow. Consequently, the impeller preferably on both sides of a pinion of a chain drive, wherein one of the two pinion is acted upon by the driver with a torque, while the other of the two pinions is acted upon by the electric motor with a torque. But the torques introduced by the driver and the electric motor can also be introduced via other gear forms on both axial sides of the impeller. The electric bicycle according to the invention further comprises a measuring arrangement for measuring at least one variable measurable by the introduced torques on the impeller or on the axis of the impeller. This variable is dependent on the introduced torques, preferably a difference between the two introduced torques. The size to be measured can be physical or geometric. Inasmuch as the size is physical, it may be, for example, a force or a torque. Insofar as the variable to be measured is of a geometrical nature, it may be, for example, a distance or a change in length. The size to be measured can be measured directly or indirectly. In any case, the size to be measured allows a conclusion about the torques introduced at the impeller. It is therefore not those torques which are applied at the place of their formation, for example, the torque on the crank or the torque on the shaft of the electric motor. The electric bicycle according to the invention further comprises a control device for controlling the electric motor. The control device is electrically connected to the measuring arrangement and is configured to control the electric motor as a function of the measured variable. In this case, the control device is preferably configured such that the torque introduced by the electric motor on the impeller equals the torque introduced by the driver on the impeller. In any case, the control device allows control of the electric motor on the basis of the actually introduced on the impeller torques.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektrofahrrades besteht darin, dass eine Steuerung des Elektromotors entsprechend den tatsächlich am Laufrad gegebenen Drehmomentverhältnissen erfolgt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sie als Nachrüstlösung realisiert werden kann, bei welcher ein Elektrofahrrad gemäß dem Stand der Technik mit der erfindungsgemäßen Messanordnung einschließlich der Steuereinrichtung nachgerüstet wird. Auch kann die erfindungsgemäße Lösung als Nachrüstlösung realisiert werden kann, bei welcher ein Fahrrad gemäß dem Stand der Technik mit einem Elektromotor sowie mit der erfindungsgemäßen Messanordnung einschließlich der Steuereinrichtung nachgerüstet wird.A particular advantage of the electric bicycle according to the invention is that a control of the electric motor takes place in accordance with the torque ratios actually given on the impeller. A further advantage of the solution according to the invention is that it can be realized as a retrofit solution in which an electric bicycle according to the prior art is retrofitted with the measuring arrangement according to the invention including the control device. Also, the solution according to the invention can be implemented as a retrofit solution, in which a bicycle is retrofitted according to the prior art with an electric motor and with the measuring device according to the invention including the control device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrrades umfasst die Messanordnung einen ersten Kraftsensor und einen zweiten Kraftsensor. Der erste Kraftsensor ist zur Messung einer auf der ersten axialen Seite des Laufrades zwischen der Achse und einer begrenzt festen Befestigung der Achse an einem Rahmen des Elektrofahrrades auftretenden Kraft ausgebildet. Folglich dient der erste Kraftsensor der Messung einer Kraft, welche auf der ersten axialen Seite des Laufrades vom Laufrad auf den Rahmen übertragen wird. Die begrenzt feste Befestigung zeichnet sich dadurch aus, dass sie der einwirkenden Kraft in einem begrenzten Maße nachgibt. Dies ist grundsätzlich für jede Art einer Befestigung der Fall, beispielsweise auch bei den bei Fahrrädern üblichen Befestigungen der Achse durch Schraubverbindungen auf beiden Seiten der Achse. Die Tatsache, dass die Befestigung in einem begrenzten Maße der einleitenden Kraft nachgibt, ist eine Voraussetzung zur Messung dieser Kraft durch den ersten Kraftsensor. Die begrenzte Festigkeit der Befestigung ist also nur insoweit erforderlich, als dass sie für die Messung der Kraft durch den ersten Kraftsensor benötigt wird. Bei der durch den ersten Kraftsensor zu messenden Kraft handelt es sich bevorzugt um eine Kraft, welche senkrecht zur Achse des Laufrades ausgerichtet ist und von den eingeleiteten Drehmomenten abhängig ist. Der zweite Kraftsensor ist in gleicher Weise wie der erste Kraftsensor zur Messung einer auf der zweiten axialen Seite des Laufrades zwischen der Achse und einer begrenzt festen Befestigung der Achse am Rahmen des Elektrofahrrades auftretenden Kraft ausgebildet. Bevorzugt sind der ersten Kraftsensor und der zweite Kraftsensor gleich ausgebildet. Mithilfe des ersten Kraftsensors und des zweiten Kraftsensors ist es insbesondere möglich, Differenzen zwischen den eingeleiteten Drehmomenten zu messen.In a preferred embodiment of the electric bicycle according to the invention, the measuring arrangement comprises a first force sensor and a second force sensor. The first force sensor is designed to measure a force occurring on the first axial side of the impeller between the axle and a limited fixed attachment of the axle to a frame of the electric bicycle. Consequently, the first force sensor is used to measure a force which is transmitted from the impeller to the frame on the first axial side of the impeller. The limited fixed attachment is characterized by the fact that it gives the applied force to a limited extent. This is basically the case for any type of attachment, for example, in the usual for bicycles fastenings of the axle by screw on both sides of the axis. The fact that the fixture yields to a limited extent of the initiating force is a prerequisite for measuring this force by the first force sensor. The limited strength of the attachment is therefore only required insofar as it is required for the measurement of the force by the first force sensor. The force to be measured by the first force sensor is preferably a force which is oriented perpendicular to the axis of the impeller and is dependent on the introduced torques. The second force sensor is designed in the same way as the first force sensor for measuring a force occurring on the second axial side of the impeller between the axis and a limited fixed attachment of the axle to the frame of the electric bicycle. Preferably, the first force sensor and the second force sensor are identical. Using the first force sensor and the second force sensor, it is possible in particular to measure differences between the introduced torques.

Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrrades ist die körperlich ausgebildete Achse auf einer der beiden axialen Seiten des Laufrades mit einem verbleibenden Freiheitsgrad an einem Rahmen des Elektrofahrrades befestigt. Die Befestigung der Achse am Rahmen auf dieser der beiden axialen Seiten des Laufrades weist bevorzugt einen einzigen verbleibenden Freiheitsgrad auf, insbesondere eine Rotation senkrecht zur Achse. Folglich ist die Achse hinsichtlich derjenigen Freiheitsgrade fest am Rahmen befestigt, wie es für eine Aufnahme des Laufrades zum Betrieb des Fahrrades erforderlich ist. Eine derartige mit einem verbleibenden Freiheitsgrad ausgeführte Befestigung wird auch als schwimmende Befestigung bezeichnet. Die Messanordnung umfasst bei dieser Ausführungsform einen Kraftsensor, der auf der anderen der beiden axialen Seiten des Laufrades an einer begrenzt festen Befestigung der Achse am Rahmen angeordnet ist. Der Kraftsensor ist zur Messung einer zwischen der Achse und der Befestigung der Achse am Rahmen auftretenden Kraft ausgebildet. Die begrenzt feste Befestigung ist in gleicher Weise wie bei der zuerst genannten bevorzugten Ausführungsform ausgebildet. Der Kraftsensor dient bevorzugt zur Messung einer Kraft, welche senkrecht zur Achse ausgerichtet ist und von den eingeleiteten Drehmomenten abhängig ist. Diese Kraft ist insbesondere abhängig von einer Differenz zwischen den beiden eingeleiteten Drehmomenten. Insofern diese beiden Drehmomente gleich sind, wird sich die Achse an ihrer Ruheposition befinden, da sie nicht einseitig belastet ist. Sobald eines der beiden Drehmomente größer als das andere ist, wird das Laufrad und somit auch die Achse des Laufrades einseitig belastet, wodurch die Achse der Belastung aufgrund ihrer mit einem verbleibenden Freiheitsgrad ausgeführten Befestigung dieser Belastung geringfügig folgen wird, wodurch sich die Kraft am Kraftsensor an der begrenzt festen Befestigung ändert. Bei dieser Ausführungsform ist die Achse bevorzugt auf der zweiten axialen Seite des Laufrades mit dem verbleibenden Freiheitsgrad am Rahmen des Elektrofahrrades befestigt, während der Kraftsensor auf der ersten axialen Seite des Laufrades angeordnet ist.In an alternative preferred embodiment of the electric bicycle according to the invention the physically formed axis is fixed on one of the two axial sides of the impeller with a remaining degree of freedom on a frame of the electric bicycle. The attachment of the axle to the frame on this one of the two axial sides of the impeller preferably has a single remaining degree of freedom, in particular a rotation perpendicular to the axis. As a result, the axle is fixedly secured to the frame with respect to those degrees of freedom required for receiving the wheel for operation of the bicycle. Such an attachment with a remaining degree of freedom is also referred to as a floating attachment. The measuring arrangement comprises in this embodiment a force sensor, the is arranged on the other of the two axial sides of the impeller on a limited fixed attachment of the axle to the frame. The force sensor is designed to measure a force occurring between the axle and the attachment of the axle to the frame. The limited fixed attachment is formed in the same manner as in the first-mentioned preferred embodiment. The force sensor is preferably used to measure a force which is aligned perpendicular to the axis and is dependent on the introduced torques. This force is particularly dependent on a difference between the two introduced torques. Insofar as these two torques are the same, the axle will be in its rest position because it is not loaded on one side. Once one of the two torques is greater than the other, the impeller and thus the axis of the impeller is loaded on one side, whereby the axis of the load will follow slightly due to their running with a remaining degree of freedom attachment of this load, resulting in the force on the force sensor the limited fixed attachment changes. In this embodiment, the axle is preferably fixed on the second axial side of the impeller with the remaining degree of freedom on the frame of the electric bicycle, while the force sensor is arranged on the first axial side of the impeller.

Die bei den bevorzugten Ausführungsformen ausgebildeten begrenzt festen Befestigungen der Achse am Rahmen sind bevorzugt durch jeweils eine federbelastete Einspannung der Achse am Rahmen gebildet. Durch die Feder der federbelasteten Einspannung ist das durch die einwirkende Kraft bedingte Nachgeben der Befestigung definiert. Die Feder ist so auszuführen, dass die Befestigung der Achse am Rahmen eine Funktion des Laufrades als solches ermöglicht.The formed in the preferred embodiments limited fixed attachments of the axle to the frame are preferably formed by a respective spring-loaded clamping of the axle on the frame. By the spring of the spring-loaded clamping the conditional by the applied force yielding of the attachment is defined. The spring should be designed in such a way that the attachment of the axle to the frame allows the impeller to function as such.

Bei einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messanordnung einen Verformungssensor, welcher auf einer Welle oder auf einer Nabe des Laufrades angeordnet ist und eine Messung der Verformung der Welle bzw. der Nabe ermöglicht. Die Welle bzw. die Nabe verändert ihre Form insbesondere infolge der auf die Welle bzw. auf die Nabe eingeleiteten Drehmomente. Folglich kann mithilfe des Verformungssensors gemessen werden, welche Drehmomente durch den Fahrer und durch den Elektromotor auf das Laufrad eingeleitet werden oder zumindest, inwieweit sich diese Drehmomente unterscheiden.In a further alternative preferred embodiment, the measuring arrangement comprises a deformation sensor, which is arranged on a shaft or on a hub of the impeller and allows a measurement of the deformation of the shaft or the hub. The shaft or the hub changes its shape, in particular as a result of the torques introduced onto the shaft or onto the hub. Consequently, it can be measured by means of the deformation sensor, which torques are introduced by the driver and by the electric motor on the impeller or at least how these differ torques.

Der Verformungssensor ist bevorzugt durch einen auf der Nabe aufgebrachten Dehnungsmessstreifen gebildet.The deformation sensor is preferably formed by a strain gauge applied to the hub.

Bei einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrrades umfasst die Messanordnung einen Sensor zur Lagebestimmung einer Felge des Laufrades. Das Laufrad ändert seine Lage infolge der auf das Laufrad einwirkenden Drehmomente. Kommt es zu ungleichen Drehmomenten, so neigt sich die Achse des Laufrades aufgrund einer Elastizität eines Rahmens des Fahrrades, wodurch sich die Lage der Felge des Laufrades in Bezug auf den Rahmen ändert. Folglich können anhand der von dem Sensor zur Lagebestimmung gemessenen Messwerte Rückschlüsse auf die auf das Laufrad einwirkenden Drehmomente gezogen werden. Der Sensor ist bevorzugt durch einen Abstandssensor gebildet, welcher die Messung eines Abstandes der Felge zum Rahmen des Elektrofahrrades, insbesondere zu einer Strebe des Rahmens ermöglicht. Um Ungenauigkeiten bei der Lagebestimmung infolge von Unwuchten der Felge zu vermeiden, ist der Sensor bevorzugt zur Integration gemessener Abstandswerte über jeweils eine Umdrehung des Laufrades ausgebildet.In a further alternative preferred embodiment of the electric bicycle according to the invention, the measuring arrangement comprises a sensor for determining the position of a rim of the impeller. The impeller changes its position due to the torques acting on the impeller. If there are unequal torques, the axis of the impeller tilts due to an elasticity of a frame of the bicycle, whereby the position of the rim of the impeller changes with respect to the frame. Consequently, conclusions about the torques acting on the impeller can be drawn from the measurements measured by the sensor for determining the position. The sensor is preferably formed by a distance sensor, which allows the measurement of a distance of the rim to the frame of the electric bicycle, in particular to a strut of the frame. In order to avoid inaccuracies in the position determination as a result of imbalances of the rim, the sensor is preferably designed to integrate measured distance values over in each case one revolution of the impeller.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektrofahrrades, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the electric bicycle according to the invention, with reference to the drawing. Show it:

1: eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrades in einer Teilansicht von einer Seite; 1 a preferred embodiment of an electric bicycle according to the invention in a partial view from one side;

2: ein Detail des in 1 gezeigten Elektrofahrrades in einer Ansicht von hinten; 2 : a detail of in 1 shown electric bicycle in a view from behind;

3: das in 2 gezeigte Detail in einer seitlichen Ansicht; und 3 : this in 2 shown detail in a side view; and

4: eine abgewandelte Ausführungsform einer in 2 gezeigten Nabe. 4 a modified embodiment of an in 2 shown hub.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrades in einer Teilansicht von einer Seite. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst einen Rahmen 01, welcher als Diamantrahmen ausgebildet ist. Der Rahmen 01 umfasst ein Oberrohr 02, ein Unterrohr 03, ein Sitzrohr 04, zwei Sitzstreben 06 und zwei Kettenstreben 07. Auf dem Sitzrohr 04 ist ein Sattel 08 befestigt. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst weiterhin ein Vorderrad (nicht gezeigt) und ein Hinterrad 09, welches antreibbar ist. Das Hinterrad 09 kann dadurch angetrieben werden, dass ein Fahrer des Elektrofahrrades Tretkurbeln (nicht gezeigt) betätigt, um ein Kettenblatt 11 zu drehen, über welches eine Fahrradkette 12 gespannt ist, welche weiterhin über ein Ritzel 13 geführt ist. Das Ritzel 13 ist an einer der beiden Seiten des Hinterrades 09 zumindest in eine Drehrichtung drehfest mit dem Hinterrad 09 verbunden. Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst weiterhin einen Elektromotor 14, der über eine Kette 16 mit dem Hinterrad 09 in einem Drehmomentfluss steht. Die Kette 16 ist über ein zweites Ritzel 17 geführt, welches zumindest in eine Drehrichtung drehfest mit dem Hinterrad 09 verbunden ist. Das zweite Ritzel 17 ist auf derjenigen der beiden axialen Seiten des Hinterrades 09 angeordnet, welche derjenigen der beiden Seiten des Hinterrades 09, an welcher das erste Ritzel 13 angeordnet ist, gegenüberliegt. 1 shows a preferred embodiment of an electric bicycle according to the invention in a partial view from one side. The electric bicycle according to the invention comprises a frame 01 , which is designed as a diamond frame. The frame 01 includes a top tube 02 , a down tube 03 , a seat tube 04 , two seatstays 06 and two chainstays 07 , On the seat tube 04 is a saddle 08 attached. The electric bicycle according to the invention further comprises a front wheel (not shown) and a rear wheel 09 which is drivable. The rear wheel 09 can be driven by a driver of the electric bicycle pedal cranks (not shown) operated to a chainring 11 to turn over which a bicycle chain 12 what's curious about which continues to have a pinion 13 is guided. The pinion 13 is on one of the two sides of the rear wheel 09 at least in one direction of rotation rotatably with the rear wheel 09 connected. The electric bicycle according to the invention further comprises an electric motor 14 . the over a chain 16 with the rear wheel 09 is in a torque flow. The chain 16 is about a second pinion 17 guided, which rotatably at least in one direction with the rear wheel 09 connected is. The second pinion 17 is on the one of the two axial sides of the rear wheel 09 arranged, which of the two sides of the rear wheel 09 at which the first pinion 13 is disposed opposite.

2 zeigt ein Detail des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Elektrofahrrades in einer Ansicht von hinten. Es sind insbesondere die beiden Sitzstreben 06, das erste Ritzel 13, das zweite Ritzel 17 und eine Nabe 18 des Hinterrades 09 gezeigt. Axial neben dem ersten Ritzel 13 sind weitere Ritzel 19 angeordnet, um verschiedene Übersetzungen realisieren zu können. In der gezeigten Darstellung wird deutlich, dass das erste Ritzel 13 und das zweite Ritzel 17 auf jeweils einer der beiden axialen Seiten des Hinterrades 09 angeordnet sind. Folglich werden die durch den Fahrer und durch den Elektromotor 14 (gezeigt in 1) aufgebrachten Drehmomente auf gegenüberliegenden Seiten des Hinterrades 09 in das Hinterrad 09 eingeleitet. 2 shows a detail of in 1 shown electric bicycle according to the invention in a view from behind. There are in particular the two seatstays 06 , the first sprocket 13 , the second sprocket 17 and a hub 18 of the rear wheel 09 shown. Axial next to the first pinion 13 are more sprockets 19 arranged to realize various translations. In the illustration shown it becomes clear that the first pinion 13 and the second pinion 17 on each one of the two axial sides of the rear wheel 09 are arranged. Consequently, those by the driver and by the electric motor 14 (shown in 1 ) applied torques on opposite sides of the rear wheel 09 in the rear wheel 09 initiated.

3 zeigt das in 2 gezeigte Detail in einer Ansicht von einer Seite. Es ist insbesondere eine Befestigung der Nabe 18 am Rahmen 01 gezeigt, wobei diese Befestigung mit einem ersten Kraftsensor 22 (gezeigt in 4) und mit einem zweiten Kraftsensor 23 in einem funktionellen Zusammenhang steht. Die Nabe 18 ist in einem Langloch 21 am Rahmen 01 durch eine Feder (nicht gezeigt) eingespannt. Zwischen der Nabe 18 und dem Rahmen 01 ist im Langloch 21 der zweite Kraftsensor 23 angeordnet, mit welchem es möglich ist, eine Kraft zwischen der Nabe 18 und dem Rahmen 01 zu messen, die senkrecht zur Achse der Nabe 18 ausgerichtet ist. Diese Kraft ist insbesondere in Richtung des Elektromotors 14 ausgerichtet, und von dem vom Elektromotor 14 eingeleiteten Drehmoment abhängig. Der Rahmen 01 und die Nabe 18 sind auf der gegenüberliegenden Seite in gleicher Weise ausgebildet. Insbesondere ist die Befestigung der Nabe 18 am Rahmen 01 in gleicher Weise über eine Feder in einem Langloch (nicht gezeigt) ausgebildet. 3 shows that in 2 shown detail in a view from one side. It is in particular an attachment of the hub 18 at the frame 01 shown, with this attachment with a first force sensor 22 (shown in 4 ) and with a second force sensor 23 is in a functional context. The hub 18 is in a slot 21 at the frame 01 clamped by a spring (not shown). Between the hub 18 and the frame 01 is in the slot 21 the second force sensor 23 arranged, with which it is possible, a force between the hub 18 and the frame 01 to measure perpendicular to the axis of the hub 18 is aligned. This force is especially in the direction of the electric motor 14 aligned, and that of the electric motor 14 initiated torque dependent. The frame 01 and the hub 18 are formed on the opposite side in the same way. In particular, the attachment of the hub 18 at the frame 01 in the same way via a spring in a slot (not shown) is formed.

4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der in den 2 und 3 gezeigten Nabe 18. Bei dieser Ausführungsform ist die Nabe 18 in gleicher Weise wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform am Rahmen 01 befestigt, wobei auf der Seite des zweiten Ritzels 17 an der Befestigung der Nabe 18 am Rahmen 01 der zweite Kraftsensor 22 angeordnet ist, während auf der Seite des ersten Ritzels 13 an der Befestigung der Nabe 18 am Rahmen 01 der erste Kraftsensor 23 angeordnet ist. 4 shows a modified embodiment of the in the 2 and 3 shown hub 18 , In this embodiment, the hub is 18 in the same way as in the 3 shown embodiment on the frame 01 attached, taking on the side of the second pinion 17 at the attachment of the hub 18 at the frame 01 the second force sensor 22 is arranged while on the side of the first pinion 13 at the attachment of the hub 18 at the frame 01 the first force sensor 23 is arranged.

Als Ergänzung oder als Abwandlung der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform umfasst die in 4 gezeigte Ausführungsform weiterhin einen Dehnungsmessstreifen 24, welcher auf der Nabe 18 befestigt ist und zwischen dem ersten Ritzel 13 und dem zweiten Ritzel 17 angeordnet ist. Der Dehnungsmessstreifen 24 erlaubt die Messung einer Verformung der Nabe 18. Eine solche Verformung tritt insbesondere dann auf, wenn sich das über das erste Ritzel 13 eingeleitete Drehmoment und das über das zweite Ritzel 17 eingeleitete Drehmoment voneinander unterscheiden.As a supplement or as a modification of the in the 2 and 3 In the embodiment shown in FIG 4 embodiment shown further comprises a strain gauge 24 , which on the hub 18 is attached and between the first pinion 13 and the second pinion 17 is arranged. The strain gauge 24 allows the measurement of a deformation of the hub 18 , Such deformation occurs, in particular, when that over the first pinion 13 introduced torque and that via the second pinion 17 introduced torque differ from each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: Rahmenframe
0202: Oberrohrtop tube
0303: Unterrohrdown tube
0404: Sitzrohrseat tube
0505
0606: Sitzstrebenseatstays
0707: Kettenstrebenchainstays
0808: Sattelsaddle
0909: Hinterradrear wheel
1010
1111: Kettenblattchainring
1212: Fahrradkettebicycle chain
1313: erstes Ritzelfirst pinion
1414: Elektromotorelectric motor
1515
1616: KetteChain
1717: zweites Ritzelsecond pinion
1818: Nabehub
1919: Ritzelpinion
2020
2121: LanglochLong hole
2222: erster Kraftsensorfirst force sensor
2323: zweiter Kraftsensorsecond force sensor
2424: DehnungsmessstreifenStrain gauges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 60223307 T2 [0002] DE 60223307 T2 [0002]
DE 3722728 C1 [0003] DE 3722728 C1 [0003]
DE 8206435 U1 [0004] DE 8206435 U1 [0004]
JP 08-268372 A [0005] JP 08-268372A [0005]
DE 60032819 T2 [0006] DE 60032819 T2 [0006]

Claims

Elektrofahrrad, umfassend: – mindestens ein um eine Achse (18) rotierbares Laufrad (09); – eine Vorrichtung (11, 12, 13) zur manuellen Einleitung eines durch einen Fahrer des Elektrofahrrades aufgebrachten Drehmomentes, wobei die Vorrichtung (11, 12, 13) auf einer ersten axialen Seite des Laufrades (09) mit dem Laufrad (09) in einem Drehmomentfluss steht; – einen Elektromotor (14) zur ergänzenden Einleitung eines Drehmomentes, wobei der Elektromotor (14) auf einer zweiten der ersten axialen Seite gegenüberliegenden axialen Seite des Laufrades (09) mit dem Laufrad (09) in einem Drehmomentfluss steht; – eine Messanordnung (22, 23; 24) zur Messung mindestens einer am Laufrad (09) oder an der Achse (18) des Laufrades (09) messbaren durch die eingeleiteten Drehmomente veränderten Größe; und – eine Steuereinrichtung zum Steuern des Elektromotors (14), welche mit der Messanordnung (22, 23; 24) elektrisch verbunden ist und für eine Steuerung des Elektromotors (14) in Abhängigkeit von der gemessenen Größe konfiguriert ist.Electric bicycle, comprising: - at least one about an axis ( 18 ) rotatable impeller ( 09 ); A device ( 11 . 12 . 13 ) for manually introducing a torque applied by a driver of the electric bicycle, the device ( 11 . 12 . 13 ) on a first axial side of the impeller ( 09 ) with the impeller ( 09 ) is in a torque flux; - an electric motor ( 14 ) for supplementary introduction of a torque, wherein the electric motor ( 14 ) on a second axial side of the impeller opposite the first axial side ( 09 ) with the impeller ( 09 ) is in a torque flux; A measuring arrangement ( 22 . 23 ; 24 ) for measuring at least one impeller ( 09 ) or on the axis ( 18 ) of the impeller ( 09 ) measurable by the introduced torques changed size; and - a control device for controlling the electric motor ( 14 ), which with the measuring arrangement ( 22 . 23 ; 24 ) is electrically connected and for a control of the electric motor ( 14 ) is configured depending on the measured size.

Elektrofahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (22, 23) einen ersten Kraftsensor (22) und einen zweiten Kraftsensor (23) umfasst, wobei der erste Kraftsensor (22) zur Messung einer auf der ersten axialen Seite des Laufrades (09) zwischen der Achse (18) und einer begrenzt festen Befestigung der Achse (18) an einem Rahmen (01) des Elektrofahrrades auftretenden Kraft ausgebildet ist, und wobei der zweite Kraftsensor (23) zur Messung einer auf der zweiten axialen Seite des Laufrades (09) zwischen der Achse (18) und einer begrenzt festen Befestigung der Achse (18) am Rahmen (01) des Elektrofahrrades auftretenden Kraft ausgebildet ist.Electric bicycle according to claim 1, characterized in that the measuring arrangement ( 22 . 23 ) a first force sensor ( 22 ) and a second force sensor ( 23 ), wherein the first force sensor ( 22 ) for measuring one on the first axial side of the impeller ( 09 ) between the axis ( 18 ) and a limited fixed attachment of the axle ( 18 ) on a frame ( 01 ) of the electric bicycle is formed, and wherein the second force sensor ( 23 ) for measuring a on the second axial side of the impeller ( 09 ) between the axis ( 18 ) and a limited fixed attachment of the axle ( 18 ) on the frame ( 01 ) of the electric bicycle occurring force is formed.

Elektrofahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (18) auf einer der beiden axialen Seiten des Laufrades (09) mit einem verbleibenden Freiheitsgrad an einem Rahmen (01) des Elektrofahrrades befestigt ist; und dass die Messanordnung einen Kraftsensor umfasst, der auf der anderen der beiden axialen Seiten des Laufrades (09) an einer begrenzt festen Befestigung der Achse (18) am Rahmen (01) angeordnet ist und zur Messung einer zwischen der Achse (18) und der Befestigung der Achse (18) am Rahmen (01) auftretenden Kraft ausgebildet ist.Electric bicycle according to claim 1, characterized in that the axis ( 18 ) on one of the two axial sides of the impeller ( 09 ) with a remaining degree of freedom on a frame ( 01 ) is attached to the electric bicycle; and that the measuring arrangement comprises a force sensor located on the other of the two axial sides of the impeller ( 09 ) on a limited fixed attachment of the axle ( 18 ) on the frame ( 01 ) and for measuring one between the axis ( 18 ) and the attachment of the axle ( 18 ) on the frame ( 01 ) occurring force is formed.

Elektrofahrrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (18) auf der zweiten axialen Seite des Laufrades (09) mit dem verbleibenden Freiheitsgrad am Rahmen (01) des Elektrofahrrades befestigt ist, und dass der Kraftsensor auf der ersten axialen Seite des Laufrades (09) angeordnet ist.Electric bicycle according to claim 3, characterized in that the axis ( 18 ) on the second axial side of the impeller ( 09 ) with the remaining degree of freedom on the frame ( 01 ) of the electric bicycle, and that the force sensor on the first axial side of the impeller ( 09 ) is arranged.

Elektrofahrrad nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren begrenzt festen Befestigungen der Achse (18) am Rahmen (01) durch jeweils eine federbelastete Einspannung der Achse (18) am Rahmen (01) gebildet ist.Electric bicycle according to one of claims 2 to 4, characterized in that the one or more limited fixed attachments of the axle ( 18 ) on the frame ( 01 ) by a spring-loaded clamping of the axle ( 18 ) on the frame ( 01 ) is formed.

Elektrofahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung einen Verformungssensor (24) umfasst, der auf einer Welle oder auf einer Nabe (18) des Laufrades (09) angeordnet ist.Electric bicycle according to claim 1, characterized in that the measuring arrangement comprises a deformation sensor ( 24 ) mounted on a shaft or on a hub ( 18 ) of the impeller ( 09 ) is arranged.

Elektrofahrrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor durch einen auf der Nabe (18) aufgebrachten Dehnungsmessstreifen (24) gebildet ist.Electric bicycle according to claim 6, characterized in that the deformation sensor by a on the hub ( 18 ) applied strain gauges ( 24 ) is formed.

Elektrofahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung einen Sensor zur Lagebestimmung einer Felge des Laufrades (09) umfasst.Electric bicycle according to claim 1, characterized in that the measuring arrangement comprises a sensor for determining the position of a rim of the impeller ( 09 ).

Elektrofahrrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor durch einen Abstandssensor zur Messung eines Abstandes zwischen der Felge und einem Rahmen (01) des Elektrofahrrades gebildet ist.Electric bicycle according to claim 8, characterized in that the sensor by a distance sensor for measuring a distance between the rim and a frame ( 01 ) of the electric bicycle is formed.

Elektrofahrrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Integration gemessener Abstandswerte über jeweils eine Umdrehung des Laufrades (09) ausgebildet ist.Electric bicycle according to claim 9, characterized in that the sensor for integration of measured distance values over in each case one revolution of the impeller ( 09 ) is trained.