DE102023126069A1

DE102023126069A1 - Drive system for an electric bicycle with different drive modes and control methods

Info

Publication number: DE102023126069A1
Application number: DE102023126069.3A
Authority: DE
Inventors: Mick Jordan
Original assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Current assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Priority date: 2023-09-26
Filing date: 2023-09-26
Publication date: 2025-03-27
Also published as: WO2025068214A1

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad (F), das in wenigstens zwei unterschiedlichen, von einem Fahrer des Elektrofahrrads (F) auswählbaren Antriebsmodi betreibbar ist, wobei sich durch die Antriebsmodi vorgegebene Fahrbereiche (B1, B2, B3; B1', B2', B3') dahingehend voneinander unterscheiden, ab welchem Geschwindigkeitsschwellwert von einem ersten Fahrbereich (B1, B1') zu einem zweiten Fahrbereich gewechselt (B2, B') wird, in dem eine andere Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgeben ist.

The proposed solution relates in particular to a drive system for an electric bicycle (F) which can be operated in at least two different drive modes which can be selected by a rider of the electric bicycle (F), wherein driving ranges (B1, B2, B3; B1', B2', B3') predetermined by the drive modes differ from one another in terms of the speed threshold value from which a change is made from a first driving range (B1, B1') to a second driving range (B2, B'), in which a different relationship between cadence and driving speed is predetermined.

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad, insbesondere für E-Bikes und Pedelecs.The proposed solution concerns in particular a drive system for an electric bicycle, in particular for e-bikes and pedelecs.

Bekannte Antriebssysteme für Elektrofahrräder weisen wenigstens einen Elektromotor für ein fremdkraftbetätigtes Erzeugen eines Unterstützungsmoments zum Antreiben des Elektrofahrrads auf. Der wenigstens eine Elektromotor ist somit Teil eines Hilfsantriebs, der das Unterstützungsmoment zusätzlich zu einem Antriebsmoment bereitstellt, das muskelkraftbetätigt an einer Tretlagerwelle des Antriebssystems aufgebracht wird. Über eine Getriebeeinrichtung des Antriebssystems ist die Tretlagerwelle mit dem wenigstens eine Elektromotor gekoppelt und lassen sich unterschiedliche Übersetzungen für die Übertragung des Antriebsmoments bereitstellen.Known drive systems for electric bicycles have at least one electric motor for externally powered generation of an assist torque for driving the electric bicycle. The at least one electric motor is thus part of an auxiliary drive system that provides the assist torque in addition to a drive torque applied to a bottom bracket shaft of the drive system by muscle power. The bottom bracket shaft is coupled to the at least one electric motor via a transmission device of the drive system, allowing different gear ratios to be provided for transmitting the drive torque.

Es sind in diesem Zusammenhang Antriebssysteme bekannt, die eine Gangübersetzung stufenlos verstellen können. Hiermit ist es dann beispielsweise möglich, das Elektrofahrrad über einen vergleichsweise großen Fahrgeschwindigkeitsbereich mit einer fest vorgegebenen Trittfrequenz anzutreiben, ohne dass manuelle Schaltvorgänge von einem Fahrer des Elektrofahrrads ausgelöst werden müssten. Ebenso ist es für alternativ ausgestaltete Antriebssysteme bekannt, die Trittfrequenz in einem festen Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit zu verstellen. Das Antriebssystem verhält sich hier folglich wie eine konventionelle gestufte Ketten- oder Nabenschaltung.In this context, drive systems are known that can continuously adjust the gear ratio. This makes it possible, for example, to drive the electric bicycle over a comparatively wide speed range at a fixed cadence without the need for manual gear changes by the electric bicycle rider. Alternative drive systems are also known to adjust the cadence in a fixed ratio to the speed. The drive system thus behaves like a conventional stepped derailleur or hub gear.

Die vorgenannten unterschiedlichen Varianten der Antriebssysteme bieten hierbei bestimmte Vorteile, beispielsweise mit Blick auf eine Minimierung der Nutzerinteraktion bei einer stufenlosen Verstellung einer Gangübersetzung oder die Erzeugung eines vertrauten Fahrgefühls bei einem stufenweisen Wechsel zwischen den Übersetzungen. Die Variabilität entsprechender Antriebssysteme und hier insbesondere die Anpassbarkeit an individuelle Nutzerpräferenzen sind jedoch jeweils eingeschränkt.The aforementioned different drive system variants offer certain advantages, for example, with regard to minimizing user interaction when continuously adjusting a gear ratio or creating a familiar driving experience when switching between gear ratios step by step. However, the variability of such drive systems, and in particular their adaptability to individual user preferences, is limited.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, in dieser Hinsicht Abhilfe zu schaffen und ein verbessertes Antriebssystem respektive ein verbessertes Steuerungsverfahren für den Betrieb eines Antriebssystems bereitzustellen.Against this background, the proposed solution is based on the task of remedying this situation and providing an improved drive system or an improved control method for the operation of a drive system.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung ist hierfür vorgeschlagen, dass das Antriebssystem eine elektronische Steuereinheit umfasst, über die das Antriebssystem in wenigstens zwei unterschiedlichen Antriebsmodi betreibbar ist. In einem ersten Antriebsmodus der wenigstens zwei unterschiedlichen Antriebsmodi sind ein erster Fahrbereich und wenigstens ein zweiter. Fahrbereich vorgegeben, wobei der erste Fahrbereich eine erste Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrad vorgibt, der von 0 km/h bis zu einem ersten Geschwindigkeitsschwellwert reicht. Der wenigstens eine zweite Fahrbereich gibt wiederum ab Erreichen des ersten Geschwindigkeitsschwellwert eine von dem ersten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen einer muskelkraftbetätigt an einer Tretlagerwelle des Antriebssystems aufgebrachten Trittfrequenz und der Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vor. In einem zweiten Antriebsmodus der wenigstens zwei unterschiedlichen Antriebsmodi sind ebenfalls ein erster Fahrbereich und wenigstens ein zweiter Fahrbereich vorgegeben. Hierbei gibt der erste Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus eine zu der ersten Übersetzung des ersten Antriebsmodus verschiedene zweite Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vor, der von 0 km/h bis zu einem zu dem ersten Geschwindigkeitsschwellwert verschiedenen zweiten Geschwindigkeitsschwellwert reicht. Der wenigstens eine zweite Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus gibt wiederum ab Erreichen des zweiten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem ersten Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vor.According to a first aspect of the proposed solution, it is proposed that the drive system comprise an electronic control unit via which the drive system can be operated in at least two different drive modes. In a first drive mode of the at least two different drive modes, a first driving range and at least one second driving range are predetermined, wherein the first driving range predetermines a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from 0 km/h to a first speed threshold. The at least one second driving range, in turn, predetermines, once the first speed threshold is reached, a relationship between a cadence applied by muscle power to a bottom bracket shaft of the drive system and the driving speed of the electric bicycle, which relationship differs from the first driving range. In a second drive mode of the at least two different drive modes, a first driving range and at least one second driving range are likewise predetermined. Here, the first driving range of the second drive mode specifies a second gear ratio that differs from the first gear ratio of the first drive mode in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from 0 km/h to a second speed threshold that differs from the first speed threshold. Once the second speed threshold is reached, the at least one second driving range of the second drive mode, in turn, specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range of the second drive mode.

Eine elektronische Steuereinheit ist gemäß diesem Aspekt der vorgeschlagenen Lösung folglich eingerichtet, zwei unterschiedliche und jeweils durch einen Nutzer respektive Fahrer des Elektrofahrrads auswählbare Antriebsmodi bereitzustellen, die verschiedene Fahrbereiche vorgeben, mit denen verschiedene Abhängigkeiten zwischen a) einer Trittfrequenz und b) einem zur Verfügung gestellten Abtriebsmoment und folglich damit erzielbaren Fahrgeschwindigkeit definiert sind. Das zur Verfügung gestellte Abtriebsmoment ergibt sich hierbei aus dem muskelkraftbetätigt an der Tretlagerwelle erzeugten Antriebsmoment und dem fremdkraftbetätigt erzeugt Unterstützungsmoment des wenigstens eine Elektromotors des Antriebssystems.According to this aspect of the proposed solution, an electronic control unit is configured to provide two different drive modes, each selectable by a user or rider of the electric bicycle. These drive modes specify different driving ranges that define different dependencies between a) a cadence and b) a provided output torque and, consequently, the achievable driving speed. The provided output torque results from the drive torque generated by muscle power at the bottom bracket shaft and the externally powered assistance torque of the at least one electric motor of the drive system.

In den ersten Fahrbereichen der wenigstens zwei unterschiedlichen Antriebsmodi, die insbesondere das Anfahren aus dem Stillstand abdecken, sind verschiedene Übersetzungen vorgesehen, sodass sich die ersten Fahrbereiche der unterschiedlichen Antriebsmodi dahingehend voneinander unterscheiden, in welchem Maß eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit von einer Erhöhung der Trittfrequenz abhängt. Mit der Vorgabe unterschiedlicher erster und zweiter Geschwindigkeitsschwellwerte, ab denen zu einem jeweiligen zweiten Fahrbereich gewechselt wird, ist ferner für jeden Antriebsmodus ein unterschiedlicher Schaltpunkt vorgegeben, ab dem zu dem jeweiligen zweiten Fahrbereich gewechselt wird. Je nach Antriebsmodus unterscheidet sich somit die mit der für den ersten Fahrbereich vorgegebenen Übersetzung erzielbare Fahrgeschwindigkeit, bevor für den Nutzer eine veränderte Trittfrequenz-Fahrgeschwindigkeit-Charakteristik vorgegeben wird. So kann zum Beispiel bei dem zweiten Antriebsmodus aufgrund einer höheren Übersetzung in dem ersten Fahrbereich bei gleicher Trittfrequenz eine höhere Fahrgeschwindigkeit erzielbar sein als in dem ersten Fahrbereich des ersten Antriebsmodus und zudem die Fahrgeschwindigkeit stärker gesteigert werden, bevor (elektronisch gesteuert und mithin automatisch) in den zweiten Fahrbereich geschaltet wird.In the first driving ranges of the at least two different drive modes, which in particular cover starting from a standstill, different gear ratios are provided, so that the first driving ranges of the different drive modes differ from one another in the extent to which an increase in driving speed depends on an increase in cadence. Furthermore, by specifying different first and second speed thresholds, from which a change to a respective second driving range takes place, a different switching point is provided for each drive mode. specified, from which point onwards the respective second driving range is switched to. Depending on the drive mode, the driving speed achievable with the gear ratio specified for the first driving range differs before a changed cadence-driving speed characteristic is specified for the user. For example, in the second drive mode, due to a higher gear ratio in the first driving range at the same cadence, a higher driving speed can be achieved than in the first driving range of the first drive mode, and the driving speed can also be increased more sharply before switching (electronically controlled and therefore automatically) to the second driving range.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Übersetzung in dem ersten Fahrbereich des ersten Antriebsmodus kleiner ist als in dem ersten Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus und dass der erste Geschwindigkeitsschwellwert des ersten Antriebsmodus kleiner ist als der zweite Geschwindigkeitsschwellwert des zweiten Antriebsmodus. Hiermit ist folglich verbunden, dass in dem ersten Fahrbereich des ersten Antriebsmodus die Trittfrequenz stärker erhöht werden muss, um eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit zu erreichen. Im Gegenzug wird in dem ersten Antriebsmodus früher in den zweiten Fahrbereich geschaltet, in dem dann beispielsweise für eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit eine deutlich geringere Erhöhung der Trittfrequenz vonnöten ist und/oder eine andere, größere Übersetzung vorgegeben und damit für den Fahrer des Elektrofahrrads eingestellt ist.For example, it can be provided that the gear ratio in the first driving range of the first drive mode is lower than in the first driving range of the second drive mode and that the first speed threshold of the first drive mode is lower than the second speed threshold of the second drive mode. This consequently means that in the first driving range of the first drive mode the cadence must be increased more in order to achieve an increase in driving speed. In return, in the first drive mode the gear shift is made earlier to the second driving range, in which then, for example, a significantly smaller increase in cadence is necessary to increase the driving speed and/or a different, higher gear ratio is specified and thus set for the rider of the electric bicycle.

In einer Ausführungsvariante kann in dem ersten Antriebsmodus wenigstens ein weiterer, dritter Fahrbereich vorgegeben sein, der ab Erreichen eines oberhalb des ersten Geschwindigkeitsschwellwert liegenden dritten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem zweiten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt. So kann dann beispielsweise in dem weiteren, dritten Fahrbereich auch eine Übersetzung vorgegeben sein, die zu der ersten Übersetzung im ersten Fahrbereich des ersten verschieden, insbesondere größer ist. In dem weiteren, dritten Fahrbereich ist somit dann nicht nur eine zu dem zweiten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit und mithin eine andere Trittfrequenz-Fahrgeschwindigkeit-Charakteristik vorgegeben, sondern letztlich auch eine andere Übersetzung als in dem ersten Fahrbereich.In one embodiment, at least one further, third driving range can be specified in the first drive mode, which, once a third speed threshold value above the first speed threshold value is reached, specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range. For example, a gear ratio can then also be specified in the further, third driving range that is different from, and in particular higher than, the first gear ratio in the first driving range. In the further, third driving range, not only is a relationship between cadence and driving speed that differs from that in the second driving range and thus a different cadence-driving speed characteristic is specified, but ultimately also a different gear ratio than in the first driving range.

Alternativ oder ergänzend kann in dem zweiten Antriebsmodus wenigstens ein weiterer, dritter Fahrbereich vorgegeben sein, der ab Erreichen eines oberhalb des zweiten Geschwindigkeitsschwellwerts liegenden vierten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem zweiten Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt.Alternatively or additionally, at least one further, third driving range can be specified in the second drive mode, which, once a fourth speed threshold value above the second speed threshold value is reached, specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range of the second drive mode.

Folglich kann ein weiterer, dritter Fahrbereich in dem ersten Antriebsmodus und/oder in dem zweiten Antriebsmodus vorgegeben sein. Dies schließt insbesondere die Möglichkeit ein, dass der dritte Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus eine Übersetzung vorgibt, die zu der zweiten Übersetzung im ersten Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus verschieden ist.Consequently, a further, third driving range can be specified in the first drive mode and/or in the second drive mode. This includes, in particular, the possibility that the third driving range of the second drive mode specifies a gear ratio that is different from the second gear ratio in the first driving range of the second drive mode.

Sind in beiden Antriebsmodi jeweils dritte Fahrbereiche vorgegeben, können sich der vierte Geschwindigkeitsschwellwert und der dritte Geschwindigkeitsschwellwert voneinander unterscheiden. Alternativ oder ergänzend können die Übersetzungen in den dritten Fahrbereichen der ersten und zweiten. Antriebsmodi unterschiedlich sein. Es ist somit grundsätzlich möglich, dass die dritten und vierten Geschwindigkeitsschwellwerte identisch sind und/oder die Übersetzungen in den dritten Fahrbereichen der ersten und zweiten Antriebsmodi identisch sind. Für die Bereitstellung einer größeren Bandbreite an Fahrgeschwindigkeitsbereichen und das Komfortbedürfnis eines typischen Fahrers des Elektrofahrrads dürfte es sich aber anbieten, dass sich Antriebsmodi mit drei unterschiedlichen Fahrbereichen auch im Hinblick auf ihre dritten und vierten Geschwindigkeitsschwellwerte und/oder die Übersetzungen in den dritten Fahrbereichen voneinander unterscheiden.If third driving ranges are specified in both drive modes, the fourth speed threshold and the third speed threshold can differ from one another. Alternatively or additionally, the gear ratios in the third driving ranges of the first and second drive modes can be different. It is therefore fundamentally possible for the third and fourth speed thresholds to be identical and/or for the gear ratios in the third driving ranges of the first and second drive modes to be identical. However, in order to provide a wider range of driving speed ranges and to meet the comfort needs of a typical electric bicycle rider, it might be advisable for drive modes with three different driving ranges to also differ from one another with regard to their third and fourth speed thresholds and/or the gear ratios in the third driving ranges.

Grundsätzlich kann in einem zweiten Fahrbereich eines Antriebsmodus eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit um ein definiertes Maß eine geringere Erhöhung der Trittfrequenz erfordern als eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit um dasselbe Maß in dem ersten Fahrbereich des jeweiligen Antriebsmodus. So kann der zweite Fahrbereich beispielsweise dahingehend ausgestaltet sein, dass ein Fahrer des Elektrofahrrads unter Erhalt einer erreichten Trittfrequenz oder allenfalls mit moderater Erhöhung der Trittfrequenz eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit erreichen kann. Dies kann einschließen, dass in dem zweiten Fahrbereich elektronisch gesteuert eine Übersetzung stufenlos angepasst wird, um einem Fahrer des Elektrofahrrads eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit motorisch unterstützt zu ermöglichen, ohne hierfür stärker in mit der Tretlagerwelle verbundene Pedale treten zu müssen.In principle, in a second driving range of a drive mode, an increase in driving speed by a defined amount may require a smaller increase in cadence than an increase in driving speed by the same amount in the first driving range of the respective drive mode. For example, the second driving range can be designed such that an electric bicycle rider can achieve an increase in driving speed while maintaining the achieved cadence or, at most, with a moderate increase in cadence. This can include a gear ratio that is continuously adjusted electronically in the second driving range in order to enable an electric bicycle rider to increase driving speed with motor support without having to pedal harder on the pedals connected to the bottom bracket spindle.

Eine entsprechende Ausführungsvariante kann in einer Weiterbildung einschließen, dass in dem jeweiligen zweiten Fahrbereich eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit um ein definiertes Maß eine geringere Erhöhung der Trittfrequenz erfordert als eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit um dasselbe Maß in dem ersten Fahrbereich und in dem dritten Fahrbereich des jeweiligen Antriebsmodus. Dies schließt insbesondere eine Ausführungsvariante ein, bei der in einem ersten Fahrbereich jeweils eine erste Übersetzung vorgegeben ist, der zweite Fahrbereich einen Übergangsbereich darstellt, in dem ohne oder allenfalls mit moderater Erhöhung der Trittfrequenz eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit erreichbar ist, und in einem dritten Fahrbereich für eine hohe Fahrgeschwindigkeit eine zweite, größere Übersetzung vorgegeben wird.A corresponding design variant can include, in a further development, that in the respective second driving range an increase in driving speed by a defined amount requires a smaller increase in cadence than an increase in driving speed by the same amount in the first driving range and in the third driving range of the respective drive mode. This includes, in particular, a variant in which a first gear ratio is specified in a first driving range, the second driving range represents a transition range in which an increase in driving speed can be achieved without, or at most with, a moderate increase in cadence, and a second, higher gear ratio is specified in a third driving range for a high driving speed.

Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Antriebssystem für ein Elektrofahrrad, bei dem über die elektronische Steuereinheit das Antriebssystem in wenigstens zwei unterschiedlichen Antriebsmodi betreibbar ist, wobei in jedem der wenigstens zwei Antriebsmodi wenigstens drei unterschiedliche Farbbereiche vorgegeben sind. Ein erster Fahrbereich gibt eine erste Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vor, der von einem unteren Grenzwert (zum Beispiel 0 km/h oder darüber) bis zu einem ersten Geschwindigkeitsschwellwert reicht. Ein zweiter Fahrbereich gibt ab Erreichen des ersten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem ersten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vor. Ein dritter Fahrbereich gibt ab Erreichen eines gegenüber dem ersten Geschwindigkeitsschwellwertes höheren, zweiten Geschwindigkeitsschwellwert eine zu dem zweiten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vor. Im Zuge der vorgeschlagenen Lösung ist gemäß dem zweiten Aspekt nun ferner vorgesehen, dass die erste Übersetzung und/oder der erste Geschwindigkeitsschwellwert und/oder der zweite Geschwindigkeitsschwellwert in den wenigstens zwei Antriebsmodi unterschiedlich ist.A further aspect of the proposed solution relates to a drive system for an electric bicycle, in which the drive system can be operated in at least two different drive modes via the electronic control unit, wherein at least three different color ranges are specified in each of the at least two drive modes. A first driving range specifies a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from a lower limit (for example, 0 km/h or above) to a first speed threshold. A second driving range specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range once the first speed threshold is reached. A third driving range specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range once a second speed threshold that is higher than the first speed threshold is reached. In the course of the proposed solution, according to the second aspect, it is now further provided that the first gear ratio and/or the first speed threshold and/or the second speed threshold are different in the at least two drive modes.

Bei diesem Ansatz geht die vorgeschlagene Lösung folglich davon aus, je nach Antriebsmodus eine andere Übersetzung und/oder einen anderen ersten Geschwindigkeitsschwellwert und/oder einen anderen zweiten Geschwindigkeitsschwellwert vorzugeben. Je nach Antriebsmodus unterscheiden sich also Übersetzung und/oder mindestens ein Geschwindigkeitsschwellwert voneinander. Damit können über unterschiedliche Antriebsmodi die Komfortbedürfnisse eines Fahrers des Elektrofahrrads mit großer Flexibilität und hohem Detailgrad bedient werden.With this approach, the proposed solution therefore assumes that a different gear ratio and/or a different first speed threshold and/or a different second speed threshold are specified depending on the drive mode. Thus, the gear ratio and/or at least one speed threshold differ depending on the drive mode. This allows the comfort needs of an electric bicycle rider to be met with great flexibility and a high level of detail using different drive modes.

Über die Vorgabe unterschiedlicher Antriebsmodi, die sich hinsichtlich ihrer jeweiligen vorgegebenen Fahrbereiche wie vorgeschlagen (gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt) voneinander unterscheiden, lassen sich für einen Fahrer des Elektrofahrrads größere Fahrgeschwindigkeitsbereiche mit unterschiedlichen Übersetzungen abdecken und ferner die beiden eingangs erläuterten Varianten für eine Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit in einem Antriebssystem komfortabel integrieren und kombinieren.By specifying different drive modes, which differ from one another with regard to their respective specified driving ranges as proposed (according to the first and/or second aspect), a rider of the electric bicycle can cover larger driving speed ranges with different gear ratios and, furthermore, the two variants explained at the beginning for a dependency between cadence and driving speed can be conveniently integrated and combined in one drive system.

Grundsätzlich können die unterschiedlichen Fahrbereiche, die sich hinsichtlich der Abhängigkeit der Trittfrequenz von dem erzielbaren Abtriebsmoment und mithin einer erreichbaren Fahrgeschwindigkeit voneinander unterscheiden, über eine Fahrbereichsfunktion definiert sein, die in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegt ist und die je nach Antriebsmodus verschieden ist. Je nachdem, welche Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrad sensorisch festgestellt wird, wird über die jeweilige Fahrbereichsfunktion dann vorgegeben, wo ein Schaltpunkt für einen Wechsel zu einem anderen Fahrbereichen liegt und wie die an der Tretlagerwelle anliegende Trittfrequenz an Abtriebsmoment und damit die Beschleunigung und letztlich die Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads beeinflusst.In principle, the various riding ranges, which differ from one another in terms of the dependence of cadence on the achievable output torque and thus the achievable riding speed, can be defined via a riding range function stored in a memory of the electronic control unit and which varies depending on the drive mode. Depending on the riding speed of the electric bike detected by sensors, the respective riding range function then specifies the shift point for changing to another riding range and how the cadence applied to the bottom bracket spindle influences the output torque and thus the acceleration and ultimately the riding speed of the electric bike.

Grundsätzlich kann in einem dritten Fahrbereich wenigstens eines Antriebsmodus eine andere Übersetzung vorgegeben sein als in dem ersten Fahrbereich desselben Antriebsmodus. Beispielsweise ist in dem dritten Fahrbereich stets eine höhere Übersetzung vorgegeben, sodass eine Erhöhung der Trittfrequenz um ein geringeres Maß für eine identische Steigerung der Fahrgeschwindigkeit notwendig ist als im jeweiligen ersten Fahrbereich.In principle, a different gear ratio can be specified in a third driving range of at least one drive mode than in the first driving range of the same drive mode. For example, a higher gear ratio is always specified in the third driving range, so that a smaller increase in cadence is necessary for an identical increase in driving speed than in the respective first driving range.

Grundsätzlich können die unterschiedlichen Antriebsmodi von einem Benutzer respektive Fahrer des Elektrofahrrads an einer Komponente des Antriebssystems auswählbar sein. Ein Nutzer kann mithin von einem Antriebsmodus zu einem anderen Antriebsmodus wechseln und damit das Fahrverhalten des Elektrofahrrads und insbesondere dessen Beschleunigung in Abhängigkeit von einer geänderten Trittfrequenz anpassen.In principle, the different drive modes can be selected by a user or rider of the electric bicycle using a component of the drive system. This allows a user to switch from one drive mode to another and thus adjust the handling of the electric bicycle, and in particular its acceleration, depending on a changed cadence.

Die vorgeschlagene Lösung ist ferner grundsätzlich nicht auf die Bereitstellung lediglich zweier unterschiedliche Antriebsmodi begrenzt. Selbstverständlich können auch mehr als zwei unterschiedliche Antriebsmodi vorgesehen sein.Furthermore, the proposed solution is not limited to providing just two different drive modes. Of course, more than two different drive modes can also be provided.

Ein vorgeschlagenes Antriebssystem kann grundsätzlich einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor umfassen, wobei die Getriebeeinrichtung wenigstens ein Planetengetriebe für die Vorgabe der Übersetzung aufweist, dessen Übersetzungsverhältnis mithilfe der ersten und zweiten Elektromotoren einstellbar ist. Das Unterstützungsmoment ist somit beispielsweise von dem ersten Elektromotor erzeugbar, während der zweite Elektromotor zur Abstützung des Drehmoments und die stufenlose Einstellung der Gangübersetzung vorgesehen ist. Ein solches Antriebssystem mit zwei Elektromotoren, das mit der vorgeschlagene Lösung weitergebildet werden kann, ist beispielsweise aus der WO 2019/175022 A1 bekannt.A proposed drive system can basically comprise a first electric motor and a second electric motor, wherein the transmission device has at least one planetary gear for specifying the transmission ratio, the transmission ratio of which can be adjusted using the first and second electric motors. The assist torque can thus be generated, for example, by the first electric motor, while the second electric motor motor to support the torque and the stepless adjustment of the gear ratio. Such a drive system with two electric motors, which can be further developed with the proposed solution, is known, for example, from the WO 2019/175022 A1 known.

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner ein Elektrofahrrad mit einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Antriebssystems.The proposed solution further relates to an electric bicycle with a variant of a proposed drive system.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Elektrofahrrads vorgeschlagen.Furthermore, a method for controlling a drive system of an electric bicycle is proposed.

Analog zu einem Antriebssystem gemäß dem ersten Aspekt sieht ein vorgeschlagenes Steuerungsverfahren vor, das Antriebssystem zu einem Wechsel von einem ersten Antriebsmodus zu wenigstens einem zweiten Antriebsmodus anzusteuern, wobei

- in dem ersten Antriebsmodus ein erster Fahrbereich und wenigstens ein zweiter Fahrbereich vorgegeben sind, wobei der erste Fahrbereich eine erste Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vorgibt, der von 0 km/h bis zu einem ersten Geschwindigkeitsschwellwert reicht, und wobei der wenigstens eine zweite Fahrbereich ab Erreichen des ersten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem ersten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt, und
- in dem zweiten Antriebsmodus ebenfalls ein erster Fahrbereich und wenigstens ein zweiter Fahrbereich vorgegeben sind, wobei der erste Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus eine zu der ersten Übersetzung verschiedene zweite Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vorgibt, der von 0 km/h bis zu einem zu dem ersten Geschwindigkeitsschwellwert verschiedenen zweiten Geschwindigkeitsschwellwert reicht, und wobei der wenigstens eine zweite Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus ab Erreichen des zweiten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem ersten Fahrbereich des zweiten Antriebsmodus abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt.

Analogous to a drive system according to the first aspect, a proposed control method provides for controlling the drive system to change from a first drive mode to at least one second drive mode, wherein

- in the first drive mode, a first driving range and at least one second driving range are specified, wherein the first driving range specifies a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from 0 km/h to a first speed threshold, and wherein the at least one second driving range specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range upon reaching the first speed threshold, and
- in the second drive mode, a first driving range and at least one second driving range are also specified, wherein the first driving range of the second drive mode specifies a second gear ratio different from the first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from 0 km/h to a second speed threshold different from the first speed threshold, and wherein the at least one second driving range of the second drive mode specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range of the second drive mode once the second speed threshold is reached.

Alternativ oder ergänzend ist ein Steuerungsverfahren analog zu dem Antriebssystem gemäß dem zweiten Aspekt vorgeschlagen, bei dem das Antriebssystem zu einem Wechsel von einem ersten Antriebsmodus zu wenigstens einem zweiten Antriebsmodus angesteuert wird, wobei sowohl in dem ersten Antriebsmodus als auch in dem zweiten Antriebsmodus wenigstens drei unterschiedliche Fahrbereiche vorgegeben sind und wobei

- ein erster Fahrbereich eine erste Übersetzung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich für eine Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads vorgibt, der von einem unteren Grenzwert bis zu einem ersten Geschwindigkeitsschwellwert reicht,
- ein zweiter Fahrbereich ab Erreichen des ersten Geschwindigkeitsschwellwerts eine von dem ersten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt und
- ein dritter Fahrbereich ab Erreichen eines gegenüber dem ersten Geschwindigkeitsschwellwerts höheren, zweiten Geschwindigkeitsschwellwerts eine zu dem zweiten Fahrbereich abweichende Abhängigkeit zwischen Trittfrequenz und Fahrgeschwindigkeit vorgibt,

wobei die erste Übersetzung und/oder der erste Geschwindigkeitsschwellwert und/oder der zweite Geschwindigkeitsschwellwert in den ersten und zweiten Antriebsmodi unterschiedlich ist.Alternatively or additionally, a control method analogous to the drive system according to the second aspect is proposed, in which the drive system is controlled to change from a first drive mode to at least one second drive mode, wherein at least three different driving ranges are specified in both the first drive mode and the second drive mode, and wherein

- a first driving range specifies a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle, which ranges from a lower limit value to a first speed threshold value,
- a second driving range, once the first speed threshold has been reached, specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range, and
- a third driving range, upon reaching a second speed threshold that is higher than the first speed threshold, specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range,

wherein the first gear ratio and/or the first speed threshold and/or the second speed threshold is different in the first and second drive modes.

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von mit mindestens einem Prozessor einer elektronischen Steuereinheit eines elektromotorischen Antriebssystems eines Elektrofahrrads ausgeführt werden, den mindestens einen Prozessor veranlassen, eine Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.The proposed solution further relates to a computer program product containing instructions which, when executed by at least one processor of an electronic control unit of an electric motor drive system of an electric bicycle, cause the at least one processor to carry out an embodiment variant of a proposed method.

Vorstehend und nachfolgend im Zusammenhang mit einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Antriebssystems erläuterte Vorteile und Merkmale gelten auch für Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens, das mit einem entsprechenden Antriebssystem umsetzbar ist, und umgekehrt.Advantages and features explained above and below in connection with an embodiment variant of a proposed drive system also apply to embodiment variants of a proposed control method that can be implemented with a corresponding drive system, and vice versa.

Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate possible embodiments of the proposed solution.

Hierbei zeigen:

1 ein Diagramm, in dem eine Trittfrequenz an einer Tretlagerwelle über eine Fahrgeschwindigkeit eines Elektrofahrrads aufgetragen ist und in dem hier verschiedene Fahrbereichsfunktionen für vier verschiedene Antriebsmodi dargestellt sind, um in Abhängigkeit von der Trittfrequenz ein Abtriebsmoment und damit die Fahrgeschwindigkeit vorzugeben;
2 in perspektivischer Ansicht ein Elektrofahrrad mit einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Antriebssystems.

Here we show:

1 a diagram in which a cadence on a bottom bracket spindle is plotted against a driving speed of an electric bicycle and in which various driving range functions for four different drive modes are shown in order to specify an output torque and thus the driving speed depending on the cadence;
2 in perspective view an electric bicycle with a variant of a proposed drive system.

Die 2 zeigt ein Elektrofahrrad F, das mit einem elektromotorischen Antriebssystem A ausgestattet ist. Das Antriebssystem A ist mit wenigstens einem Elektromotor, hier einem Elektromotorenpaar E, und einer Getriebeeinrichtung G ausgebildet und in einem Gehäuse an einem Rahmen des Elektrofahrrads F befestigt. In der 2 ist ein Anordnung des Elektromotorenpaares E und der Getriebeeinrichtung G in einem Bereich vorgesehen, in dem ein Unterrohr R1 des Rahmens mit einem Sattelrohr R2 des Rahmens verbunden ist.The 2 shows an electric bicycle F, which is equipped with an electric motor drive system A. The drive system A is designed with at least one electric motor, here a pair of electric motors E, and a transmission device G and is fastened in a housing on a frame of the electric bicycle F. In the 2 an arrangement of the pair of electric motors E and the transmission device G is provided in an area in which a down tube R1 of the frame is connected to a seat tube R2 of the frame.

Über die Getriebeeinrichtung G ist eine Tretlagerwelle T des Antriebssystems A mit dem einem Elektromotorenpaar E gekoppelt. Über die zwei Elektromotoren des Elektromotorenpaares E kann ein Übersetzungsverhältnis eines Planetengetriebes der Getriebeeinrichtung G stufenlos eingestellt werden, um ein größeres Unterstützungsmoment an einem zum Antrieb des Hinterrades des Elektrofahrrads F vorgesehenen Abtriebselement bereitzustellen, während an Tretlagerwelle T nur ein moderat ansteigendes, muskelkraftbetätigt aufgebrachtes Antriebsmoment (über mit der Tretlagerwelle T verbundene Pedale) von einem Fahrer des Elektrofahrrads F erzeugt werden muss.A bottom bracket shaft T of the drive system A is coupled to a pair of electric motors E via the transmission device G. A transmission ratio of a planetary gear of the transmission device G can be continuously adjusted via the two electric motors of the pair of electric motors E in order to provide a greater assistance torque to an output element intended to drive the rear wheel of the electric bicycle F, while only a moderately increasing, muscle-powered drive torque (via pedals connected to the bottom bracket shaft T) needs to be generated by a rider of the electric bicycle F at the bottom bracket shaft T.

Für die Steuerung des Elektromotorenpaares E ist eine elektronische Steuereinheit 1 Teil des Antriebssystems A. Die elektronische Steuereinheit 1 ist hierbei mit einem Bedienteil 2 gekoppelt, über das ein Fahrer des Elektrofahrrads F vorliegend unterschiedliche Antriebsmodi auswählen kann. Das Bedienteil 2 ist ferner mit einer oder mehreren Displayeinheiten 3A und 3B gekoppelt, über die Informationen zum aktuellen Antriebsmodus und beispielsweise einer zurückgelegten Fahrtstrecke und/oder eine aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads F für einen Nutzer visuell erfassbar angezeigt werden. Exemplarisch ist eine Displayeinheit 3A - wie das Bedienteil 2 - an einem Lenker L des Elektrofahrrads F vorgesehen. Die Displayeinheit 3B ist in der 2 an einem Oberrohr R3 des Rahmens des Elektrofahrrads F vorgesehen.For controlling the pair of electric motors E, an electronic control unit 1 is part of the drive system A. The electronic control unit 1 is coupled to a control unit 2, via which a rider of the electric bicycle F can select different drive modes. The control unit 2 is further coupled to one or more display units 3A and 3B, via which information on the current drive mode and, for example, a traveled distance and/or a current driving speed of the electric bicycle F is visually displayed to a user. By way of example, a display unit 3A - like the control unit 2 - is provided on a handlebar L of the electric bicycle F. The display unit 3B is in the 2 on a top tube R3 of the frame of the electric bicycle F.

Zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads F ist in der 2 exemplarisch ein Geschwindigkeitssensor 4 im Bereich des Vorderrads vorgesehen.To measure the driving speed of the electric bicycle F, 2 For example, a speed sensor 4 is provided in the area of the front wheel.

Bei dem dargestellten Antriebssystem sind von einem Fahrer des Elektrofahrrads F unterschiedliche Antriebsmodi auswählbar, in denen mehrere, je nach Antriebsmodus zueinander unterschiedliche Fahrbereiche über der Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads F vorgegeben sind. Die Fahrbereiche und damit das Verhalten des Antriebssystems A in Abhängigkeit von der aktuellen Trittfrequenz an der Tretlagerwelle T sind über in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit 1 hinterlegte Fahrbereichsfunktionen definiert.In the drive system shown, a rider of the electric bicycle F can select different drive modes in which several driving ranges, which differ from one another depending on the drive mode, are specified via the driving speed of the electric bicycle F. The driving ranges and thus the behavior of the drive system A depending on the current cadence at the bottom bracket shaft T are defined via driving range functions stored in a memory of the electronic control unit 1.

Die 1 zeigt in einem Trittfrequenz-Fahrgeschwindigkeit-Diagramm exemplarisch vier Fahrbereichsfunktionen f1, f2, f3 und f4, die jeweils einem von vier Antriebsmodi zugeordnet sind. Jede Fahrbereichsfunktion f1 bis f4 weist drei Fahrbereiche auf, in denen - in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads F - eine Abtriebsmoment und damit erreichbare Fahrgeschwindigkeit in unterschiedlicher Weise von einer an der Tretlagerwelle T messbaren Trittfrequenz abhängt. In einem jeweiligen ersten Fahrbereich, der hier von einem unteren Grenzwert von 0 km/h bis zu einem ersten Geschwindigkeitsschwellwert reicht, ist jeweils eine erste Übersetzung vorgesehen, um mit steigender Trittfrequenz die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen. In einem sich anschließenden zweiten Fahrbereich lässt sich die Fahrgeschwindigkeit bei allenfalls moderater Erhöhung der Trittfrequenz steigern, bevor mit weiterer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit in einen dritten Fahrbereich geschaltet wird, in dem eine gegenüber dem ersten Fahrbereich größere Übersetzung vorgegeben ist.The 1 shows, as an example, four driving range functions f1, f2, f3 and f4 in a cadence-driving speed diagram, each of which is assigned to one of four drive modes. Each driving range function f1 to f4 has three driving ranges in which - depending on the driving speed of the electric bicycle F - an output torque and thus achievable driving speed depends in different ways on a cadence measurable on the bottom bracket spindle T. In each first driving range, which here ranges from a lower limit of 0 km/h to a first speed threshold, a first gear ratio is provided in order to increase the driving speed with increasing cadence. In a subsequent second driving range, the driving speed can be increased with at most a moderate increase in cadence, before a further increase in driving speed leads to a third driving range in which a higher gear ratio than the first driving range is specified.

Für einen ersten Antriebsmodus mit einer ersten Fahrbereichsfunktion f1 ist beispielsweise in einem ersten Fahrbereich B1 vorgesehen, dass eine erste Übersetzung für einen Fahrer des Elektrofahrrads F vorgegeben ist, sodass bei Erhöhung einer Trittfrequenz bis zu einem Wert von ungefähr 50 Umdrehungen je Minute ein Abtriebsmoment, das sich aus dem an der Tretlagerwelle muskelkraftbetätigt aufgebrachten Antriebsmoment und dem elektromotorisch aufgebrachten Unterstützungsmoment zusammensetzt, so weit erhöhen lässt, dass eine Fahrgeschwindigkeit im Bereich von ca. 7 km/h erreichbar ist. Ab dieser Fahrgeschwindigkeit, die einen ersten Geschwindigkeitsschwellwert für den ersten Antriebsmodus darstellt, ist in der ersten Fahrbereichsfunktion f1 ein Schaltpunkt P11 vorgesehen, an dem das Antriebssystem A in einen zweiten Fahrbereich B2 wechselt.For a first drive mode with a first driving range function f1, for example, a first gear ratio is provided for a rider of the electric bicycle F in a first driving range B1, so that when a cadence is increased up to a value of approximately 50 revolutions per minute, an output torque, which is composed of the drive torque applied to the bottom bracket shaft by muscle power and the assistance torque applied by the electric motor, can be increased to such an extent that a driving speed in the range of approximately 7 km/h can be achieved. From this driving speed, which represents a first speed threshold for the first drive mode, a switching point P11 is provided in the first driving range function f1, at which the drive system A switches to a second driving range B2.

In diesem zweite Fahrbereich B2, der als Übergangsbereich zu einem dritten Fahrbereich B3 ausgestaltet ist, muss ein Fahrer des Elektrofahrrads F lediglich noch mit moderat steigender Trittfrequenz in die an der Tretlagerwelle T befestigten Pedale treten, um die Fahrgeschwindigkeit auf ca. 12 km/h zu erhöhen. In dem mit der 1 dargestellten Diagramm ist hierfür lediglich eine moderate Erhöhung der Trittfrequenz von 50 auf 55 Umdrehungen je Minute notwendig.In this second driving range B2, which is designed as a transition area to a third driving range B3, a rider of the electric bicycle F only needs to pedal the pedals attached to the bottom bracket shaft T with a moderately increasing cadence in order to increase the driving speed to approximately 12 km/h. 1 According to the diagram shown, only a moderate increase in cadence from 50 to 55 revolutions per minute is necessary.

Überschreitet die Fahrgeschwindigkeit 12 km/h und damit einen entsprechend definierten zweiten Geschwindigkeitsschwellwert, ist über die erste Fahrbereichsfunktion f1 ein zweiter Schaltpunkt P12 vorgesehen, an dem das Antriebssystem A eine zweite, gegenüber der ersten Übersetzung des ersten Fahrbereichs B1 höhere Übersetzung einstellt. In dem dritten Fahrbereich B3 hat das Antriebssystem A somit automatisch in einen höheren Gang geschaltet.If the driving speed exceeds 12 km/h and thus a correspondingly defined second speed threshold, a second switching point P12 is set via the first driving range function f1 provided, at which the drive system A sets a second gear ratio that is higher than the first gear ratio of the first gear range B1. In the third gear range B3, the drive system A has thus automatically shifted into a higher gear.

Um einem Fahrer des Elektrofahrrads F eine größere Variabilität im Beschleunigungsverhalten des Elektrofahrrads F zu bieten, sind die weiteren Antriebsmodi mit abweichend ausgestalten Fahrbereichen vorgesehen. Zum Beispiel ist in einem zweiten Antriebsmodus mit einer zweiten Fahrbereichsfunktion f2 in einem ersten Fahrbereich B1' eine größere Übersetzung als im ersten Fahrbereich B1 des ersten Antriebsmodus vorgesehen. Aus dem Stand führt hier somit beispielsweise das treten in die Pedale mit einer Trittfrequenz bis zu 50 Umdrehungen je Minute zu einer Fahrgeschwindigkeit von bis 12 km/h. Ein erster Schaltpunkt P21 zum Wechseln in einen zweiten Fahrbereich B2' liegt somit bei der zweiten Fahrbereichsfunktion f2 bei einem höheren ersten Geschwindigkeitsschwellwert.In order to offer a rider of the electric bicycle F greater variability in the acceleration behavior of the electric bicycle F, the other drive modes are provided with differently designed driving ranges. For example, in a second drive mode with a second driving range function f2, a higher gear ratio is provided in a first driving range B1' than in the first driving range B1 of the first drive mode. From a standstill, pedaling at a cadence of up to 50 revolutions per minute, for example, leads to a driving speed of up to 12 km/h. A first switching point P21 for changing to a second driving range B2' is therefore at a higher first speed threshold for the second driving range function f2.

Der Übergangsbereich des zweiten Fahrbereichs B2' ist bei der zweiten Fahrbereichsfunktion wiederum zwar ähnlich lang wie bei der ersten Fahrbereichsfunktion f1 und erlaubt ebenfalls die Steigerung der Fahrgeschwindigkeit mit einer allenfalls moderat zu erhöhenden Trittfrequenz. Das Wechseln zu einem dritten Fahrbereich B3' an einem zweiten Schaltpunkt P22 erfolgt jedoch gegenüber der ersten Fahrpreisfunktion f1 bei einem höheren zweiten Geschwindigkeitsschwellwert, der hier beispielsweise bei 16 km/h liegt. Dafür ist wiederum die zweite Übersetzung in dem dritten Fahrbereich B3' größer als in dem dritten Fahrbereich B3 des ersten Antriebsmodus.The transition range of the second driving range B2' is similarly long in the second driving range function as in the first driving range function f1 and also allows for an increase in driving speed with only a moderate increase in cadence. However, compared to the first driving range function f1, the transition to a third driving range B3' at a second shift point P22 occurs at a higher second speed threshold, which here is, for example, 16 km/h. However, the second gear ratio in the third driving range B3' is higher than in the third driving range B3 of the first drive mode.

Die Abstufung zwischen den ersten Fahrbereichen der unterschiedlichen Antriebsmodi sowie die unterschiedlichen Geschwindigkeitsschwellwerte für das Schalten von dem ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich und von dem zweiten Fahrbereich in den dritten Fahrbereich sowie die Abstufungen unter den Übersetzungen zwischen einem jeweiligen dritten Fahrbereich und einem jeweiligen ersten Fahrbereich sind nahezu beliebig vorgebbar und damit optimal an Anforderungen und insbesondere Komfortbedürfnisse eines Fahrers des Elektrofahrrads F anpassbar. In einer Ausführungsvariante können die Fachbereichsfunktionen f1 bis f4 auch zumindest teilweise durch einen Nutzer anpassbar sein, beispielsweise über das Bedienteil 2 und/oder eine der Displayeinheiten 3A, 3B.The gradation between the first driving ranges of the different drive modes as well as the different speed thresholds for switching from the first driving range to the second driving range and from the second driving range to the third driving range as well as the gradations among the gear ratios between a respective third driving range and a respective first driving range can be specified almost arbitrarily and can thus be optimally adapted to the requirements and in particular comfort needs of a rider of the electric bicycle F. In one embodiment, the specialist area functions f1 to f4 can also be at least partially adapted by a user, for example via the control unit 2 and/or one of the display units 3A, 3B.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Elektronische SteuereinheitElectronic control unit
22: BedienteilControl panel
3A, 3B3A, 3B: DisplayeinheitDisplay unit
44: GeschwindigkeitssensorSpeed sensor
AA: Antriebssystemdrive system
B1, B2, B3, B1', B2', B3'B1, B2, B3, B1', B2', B3': FahrbereichDriving range
EE: Elektromotor / ElektromotorenpaarElectric motor / pair of electric motors
FF: Elektrofahrradelectric bike
f1, f2, f3, f4f1, f2, f3, f4: FahrbereichsfunktionDriving range function
GG: GetriebeeinrichtungGearbox device
LL: Lenkerhandlebar
P11, P12, P21, P22P11, P12, P21, P22: SchaltpunktSwitching point
R1R1: Unterrohrdown tube
R2R2: Sattelrohrseat tube
R3R3: Oberrohrtop tube
TT: Tretlagerwellebottom bracket spindle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2019/175022 A1 [0023]

Claims

Drive system for an electric bicycle (F), comprising - a bottom bracket shaft (T) for muscle-powered application of a drive torque for driving the electric bicycle (F), - at least one electric motor (E) for externally powered generation of an assist torque for driving the electric bicycle (F), which is provided in addition to the drive torque, and - a transmission device (G) for providing different gear ratios for transmitting the drive torque and for coupling the bottom bracket shaft (T) to the at least one electric motor (E) in order to drive the electric bicycle (F) depending on a cadence at the bottom bracket shaft (T), characterized in that the drive system comprises an electronic control unit (1) via which the drive system (A) can be operated in at least two different drive modes, wherein - in a first drive mode of the at least two different drive modes, a first driving range (B1) and at least one second driving range (B2, B3) are predetermined, wherein the first driving range (B1) has a first gear ratio in a first Speed range for a travel speed of the electric bicycle (F), which ranges from 0 km/h to a first speed threshold, and wherein the at least one second travel range (B2, B3), upon reaching the first speed threshold, specifies a relationship between cadence and travel speed that differs from the first travel range (B1), and - in a second drive mode of the at least two different drive modes, a first travel range (B1') and at least one second travel range (B2', B3') are also specified, wherein the first travel range (B1') of the second drive mode specifies a second gear ratio different from the first gear ratio in a first speed range for a travel speed of the electric bicycle (F), which ranges from 0 km/h to a second speed threshold different from the first speed threshold, and wherein the at least one second travel range (B2', B3') of the second drive mode, upon reaching the second speed threshold, specifies a relationship between cadence and travel speed that differs from the first travel range (B1') of the second drive mode pretends.

Drive system according to Claim 1 , characterized in that the gear ratio in the first driving range (B1) of the first drive mode is smaller than in the first driving range (B1') of the second drive mode and the first speed threshold value of the first drive mode is smaller than the second speed threshold value of the second drive mode.

Drive system according to Claim 1 or 2 , characterized in that in the first drive mode at least one further, third driving range (B3) is predetermined, which, upon reaching a third speed threshold value above the first speed threshold value, prescribes a dependency between cadence and driving speed which differs from the second driving range (B2).

Drive system according to Claim 3 , characterized in that the third driving range (B3) of the first drive mode specifies a gear ratio which is different from the first gear ratio in the first driving range (B1) of the first drive mode.

Drive system according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that in the second drive mode at least one further, third driving range (B3') is predetermined which, upon reaching a fourth speed threshold value lying above the second speed threshold value, prescribes a dependency between cadence and driving speed which differs from the second driving range (B2') of the second drive mode.

Drive system according to Claim 5 , characterized in that the third driving range (B3') of the second drive mode specifies a gear ratio which is different from the second gear ratio in the first driving range (B1') of the second drive mode.

Drive system according to Claim 3 or 4 and after Claim 5 or 6 , characterized in that the fourth speed threshold is different from the third speed threshold and/or that the gear ratios in the third driving ranges of the first and second drive modes are different.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that in the second driving range (B2) of the first drive mode, an increase in the driving speed by a defined amount requires a smaller increase in the cadence than an increase in the driving speed by the same amount in the first driving range (B1) of the first drive mode.

Drive system according to one of the Claims 3 or 4 and the Claim 8 , characterized in that in the second driving range (B2) of the first drive mode an increase in the Driving speed by a defined amount requires a smaller increase in cadence than an increase in driving speed by the same amount in the first driving range (B1) and in the third driving range (B3) of the first drive mode.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that in the second driving range (B2') of the second drive mode, an increase in the driving speed by a defined amount requires a smaller increase in the cadence than an increase in the driving speed by the same amount in the first driving range (B1') of the second drive mode.

Drive system according to one of the Claims 4 or 5 and the Claim 10 , characterized in that in the second driving range (B2') of the second drive mode, an increase in the driving speed by a defined amount requires a smaller increase in the cadence than an increase in the driving speed by the same amount in the first driving range (B1') and in the third driving range (B3') of the second drive mode.

Drive system for an electric bicycle (F), in particular according to one of the preceding claims, with - a bottom bracket shaft (T) for a muscle-powered application of a drive torque for driving the electric bicycle (F), - at least one electric motor (E) for an externally powered generation of an assist torque for driving the electric bicycle (F), which is provided in addition to the drive torque, and - a transmission device (G) for providing different gear ratios for the transmission of the drive torque and for the coupling of the bottom bracket shaft (T) to the at least one electric motor (E) in order to drive the electric bicycle (F) depending on a cadence at the bottom bracket shaft (T), characterized in that the drive system comprises an electronic control unit (1) via which the drive system (A) can be operated in at least two different drive modes, wherein in each of the at least two drive modes at least three different driving ranges (B1, B2, B3; B1', B2', B3') are predetermined and wherein - a first driving range (B1) prescribes a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle (F), which ranges from a lower limit value to a first speed threshold value, - a second driving range (B2; B2'), from the time the first speed threshold value is reached, prescribes a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range (B1; B1'), and - a third driving range (B3; B3'), from the time a second speed threshold value that is higher than the first speed threshold value is reached, prescribes a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range (B2; B2'), wherein the first gear ratio and/or the first speed threshold value and/or the second speed threshold value are different in the at least two drive modes.

Drive system according to Claim 12 , characterized in that in the third driving range (B3; B3') of at least one drive mode a different gear ratio is specified than in the first driving range of this drive mode.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the different drive modes can be selected by a user of the electric bicycle (F) on a component of the drive system (2, 3A, 3B).

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that more than two different drive modes are provided via the electronic control unit (1).

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the drive system (A) comprises a first electric motor and a second electric motor and the transmission device (G) has at least one planetary gear for specifying the gear ratio, wherein a gear ratio of the planetary gear can be adjusted with the aid of the first and second electric motors (E) and the assist torque can be generated by the first electric motor.

Electric bicycle with a drive system (A) according to one of the preceding claims.

Method for controlling a drive system (A) of an electric bicycle (F), wherein the drive system (A) comprises - a bottom bracket shaft (T) for a muscle-powered application of a drive torque for driving the electric bicycle (F), - at least one electric motor (E) for an externally powered generation of an assist torque for driving the electric bicycle (F), which is provided in addition to the drive torque, and - a transmission device (G) for providing different gear ratios for the transmission of the drive torque and for the coupling the bottom bracket shaft (T) with the at least one electric motor (E) in order to drive the electric bicycle (F) as a function of a cadence at the bottom bracket shaft (T), characterized in that the drive system (A) is controlled to change from a first drive mode to at least one second drive mode, wherein - in the first drive mode, a first driving range (B1) and at least one second driving range (B2, B3) are predetermined, wherein the first driving range (B1) predetermines a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle (F), which ranges from 0 km/h to a first speed threshold, and wherein the at least one second driving range (B2, B3) predetermines a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range (B1) upon reaching the first speed threshold, and - in the second drive mode, a first driving range (B1') and at least one second driving range (B2', B3') are also predetermined, wherein the first driving range (B1') of the second drive mode specifies a second gear ratio different from the first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle (F), which ranges from 0 km/h to a second speed threshold different from the first speed threshold, and wherein the at least one second driving range (B2', B3') of the second drive mode specifies a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range (B1') of the second drive mode upon reaching the second speed threshold.

Method for controlling a drive system (A) of an electric bicycle (F), wherein the drive system (A) comprises - a bottom bracket shaft (T) for muscle-powered application of a drive torque for driving the electric bicycle (F), - at least one electric motor (E) for externally powered generation of an assist torque for driving the electric bicycle (F), which is provided in addition to the drive torque, and - a transmission device (G) for providing different gear ratios for transmitting the drive torque and for coupling the bottom bracket shaft (T) to the at least one electric motor (E) in order to drive the electric bicycle (F) as a function of a cadence at the bottom bracket shaft (T), characterized in that the drive system (A) is controlled to change from a first drive mode to at least one second drive mode, wherein at least three different driving ranges (B1, B2, B3; B1', B2', B3') are predetermined and wherein - a first driving range (B1) prescribes a first gear ratio in a first speed range for a driving speed of the electric bicycle (F), which ranges from a lower limit value to a first speed threshold value, - a second driving range (B2; B2') prescribes a relationship between cadence and driving speed that differs from the first driving range (B1) upon reaching the first speed threshold value, and - a third driving range (B3; B3') prescribes a relationship between cadence and driving speed that differs from the second driving range (B2; B2') upon reaching a second speed threshold value that is higher than the first speed threshold value, wherein the first gear ratio and/or the first speed threshold value and/or the second speed threshold value are different in the first and second drive modes.

Computer program product containing instructions which, when executed by at least one processor of an electronic control unit (1) of an electric motor drive system (A) of an electric bicycle (F), cause the at least one processor to carry out a method according to Claim 18 or 19 to execute.