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Title:
CONTROL METHOD AND DEVICES FOR CONTROLLING THE ELECTRIC MOTOR OF AN ELECTRIC BICYCLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/207132
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control method for controlling the electric motor (11) of an electric bicycle (10) in dependence on an applied translation ratio of a gear shift (14) and to a control device (16), which carries out the control method, and to an electric bicycle (10) having the control device (16). The control method for an electric motor (11) of an electric bicycle comprises at least one detecting of a pedaling torque of the bicycle rider and a detecting of the applied translation ratio of the gear shift (14). In addition, the control method controls the electric motor (11) for the drive of the electric bicycle in dependence on the detected pedaling torque and the detected translation ratio in order to generate a torque of the electric motor. According to the invention, the bicycle rider is thus supported by the electric motor (11) while driving the electric bicycle in dependence on the applied translation ratio.

Inventors:
DASBACH, Gregor (Joerg-Unkair-Str. 1, Tuebingen, 72074, DE)
Application Number:
EP2017/057699
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
March 31, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
B62M6/45
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Claims:
Steuerungsverfahren für einen Elektromotor (1 1 ) eines Elektrofahrrads (10) wenigstens umfassend die Schritte

• Erfassung (21 ) eines Tretdrehmoments (MFahrer) des Radfahrers, und

• Erfassung (22) des eingelegten Übersetzungsverhältnisses (i) der

Gangschaltung (14),

dadurch gekennzeichnet, dass

• eine Steuerung (26) des Elektromotors (1 1 ) in Abhängigkeit des

erfassten Tretdrehmomentes (MFahrer) und des erfassten

Übersetzungsverhältnisses (i) zur Erzeugung eines Drehmoments (MMotor) für den Antrieb des Elektrofahrrads (10) erfolgt.

Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

• ein Vergleich (23) des erfassten Übersetzungsverhältnisses (i) mit einem unmittelbar vorher erfassten Übersetzungsverhältnis ( ) der Gangschaltung (14) durchgeführt wird, und

beim Erkennen einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses

• die Steuerung (26) das Drehmoment (MMotor) zur Realisierung einer gleichbleibenden Gesamtleistung (PEiektrofahrrad) des Elektrofahrrads (10) zusätzlich in Abhängigkeit der Änderung des Übersetzungsverhältnisses erhöht oder reduziert.

Steuerungsverfahren nach einem der nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

• eine Erfassung (24) einer aktuellen Trittfrequenz (K) des Radfahrers erfolgt, und

• die Steuerung (26) das Drehmoment (MMotor) zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Trittfrequenz (K) steuert.

4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

• ein Vergleich (25) der erfassten Trittfrequenz (K) mit einem ersten

Schwellenwert (S1 ) und einem zweiten Schwellenwert (S2) erfolgt, und • beim Erreichen oder Überschreiten des ersten Schwellenwerts (S1 ) die Steuerung (26) das Drehmoment (MMotor) des Elektromotors (1 1 ) reduziert, und

• beim Erreichen oder Überschreiten des zweiten Schwellenwerts (S2) die Steuerung (26) das Drehmoment (MMotor) des Elektromotors (1 1 ) erhöht.

5. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) das Drehmoment (MMotor) stetig steuert.

6. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass

• ein Vergleich (25) der erfassten Trittfrequenz (K) mit einem dritten

Schwellenwert (S3) und einem vierten Schwellenwert (S4) erfolgt, und

• beim Erreichen oder Überschreiten des dritten Schwellenwerts (S3) eine Schaltung (27) einer elektronisch steuerbaren Gangschaltung (14) in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis erfolgt, und

• beim Erreichen oder Überschreiten des vierten Schwellenwerts (S4) eine Schaltung (27) der elektronisch steuerbaren Gangschaltung (14) in ein höheres Übersetzungsverhältnis erfolgt.

7. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (27) der Gangschaltung (14) nach der Steuerung (26) des

Drehmoments (MMotor) des Elektromotors (1 1 ) erfolgt.

8. Steuergerät (16), welches ein Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt, wobei das Steuergerät (16) wenigstens eine Recheneinheit (32) aufweist, welche

• eine das Tretdrehmoment (MFahrer) des Radfahrers repräsentierende Größe erfasst, und

• eine das eingelegte Übersetzungsverhältnis (i) der Gangschaltung (14) repräsentierende Größe erfasst, und

• ein Steuersignal für den Elektromotor (1 1 ) in Abhängigkeit des erfassten Tretdrehmomentes (MFahrer) und des erfassten

Übersetzungsverhältnisses (i) erzeugt.

9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (32)

• eine die Trittfrequenz (K) des Radfahrers repräsentierende Größe

erfasst, und

• das Steuersignal für den Elektromotor (1 1 ) zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Trittfrequenz (K) erzeugt wird.

10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (32) ein weiteres Steuersignal für eine elektronisch steuerbare Gangschaltung (14) in Abhängigkeit des erfassten

Tretdrehmoments (MFahrer) und/oder der erfassten Trittfrequenz (K) erzeugt, wobei die Schaltung (27) in ein anderes Übersetzungsverhältnis (12) in

Abhängigkeit der Steuerung (26) des Drehmoments (MMotor) des Elektromotors (1 1 ) erfolgt.

1 1 . Elektrofahrrad, wobei das Elektrofahrrad wenigstens folgende Komponenten umfasst

• einen Elektromotor (1 1 ) zum Antrieb des Elektrofahrrads (10), und

• einen ersten Sensor (12) zum Erfassen eines Tretdrehmomentes

(MFahrer) des Radfahrers, und

• einen zweiten Sensor (15) zum Erfassen eines eingelegten

Übersetzungsverhältnisses (i) der Gangschaltung (14),

dadurch gekennzeichnet, dass

• ein Steuergerät (16) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 zur Steuerung (26) des Elektromotors (1 1 ) in Abhängigkeit des erfassten

Tretdrehmomentes (MFahrer) und des erfassten

Übersetzungsverhältnisses (iaktuell) angeordnet ist.

12. Elektrofahrrad nach Anspruch 1 1 , umfassend eine elektronisch steuerbare

Gangschaltung (14), wobei das Steuergerät (16) die elektronische

Gangschaltung (14) in Abhängigkeit des Tretdrehmomentes (MFahrer) und/oder der Trittfrequenz (K) ansteuert.

Description:
Beschreibung

Steuerungsverfahren und Vorrichtungen zur Steuerung des Elektromotors eines Elektrofahrrads

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Steuerung des

Elektromotors eines Elektrofahrrads und ein Steuergerät, welches das

Steuerungsverfahren ausführt, sowie ein Elektrofahrrad mit dem Steuergerät.

Stand der Technik

In der Schrift DE 10 2010 028 658 A1 ist ein Elektrofahrrad beschrieben, wobei der Elektromotor ein Drehmoment zum Antrieb des Elektrofahrrads erzeugt. Die Steuerung des Motordrehmoments erfolgt in dieser Schrift in Abhängigkeit des Tretdrehmomentes des Radfahrers. Außerdem ist eine Schaltung einer elektronisch steuerbaren

Gangschaltung des Elektrofahrrades in Abhängigkeit wenigstens eines Ist- Betriebsparameters offenbart. Der Ist-Betriebsparameter kann beispielsweise das Tretdrehmoment oder eine Trittfrequenz des Radfahrers umfassen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Steuerung des

Elektromotors eines Elektrofahrrads in Abhängigkeit eines eingelegten

Übersetzungsverhältnisses einer Gangschaltung und ein Steuergerät, welches das Steuerungsverfahren ausführt, sowie ein Elektrofahrrad mit dem Steuergerät.

Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren umfasst wenigstens eine Erfassung eines Tretdrehmoments des Radfahrers und eine Erfassung des eingelegten

Übersetzungsverhältnisses der Gangschaltung. Durch eine Steuerung des

Elektromotors in Abhängigkeit des erfassten Tretdrehmomentes und des erfassten Übersetzungsverhältnisses wird ein Drehmoment für den Antrieb des Elektrofahrrads erzeugt. Dadurch wird für den Radfahrer eine angenehme Motorsteuerung beim Fahren realisiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerungsverfahren einen Vergleich des erfassten Übersetzungsverhältnisses mit einem unmittelbar vorher erfassten Übersetzungsverhältnis der Gangschaltung auf. Beim Erkennen einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt die Steuerung des

Motordrehmoments. Das Motordrehmoment wird dabei zur Realisierung einer gleichbleibenden Gesamtleistung des Elektrofahrrads unter Annahme eines gleichbleibenden Tretdrehmoments des Radfahrers gesteigert, wenn das

Übersetzungsverhältnis erhöht wird. Das Motordrehmoment wird gesenkt, wenn das Übersetzungsverhältnis beim Schalten reduziert wird. Das Tretdrehmoment des Radfahrers kann demnach beim Schalten konstant bleiben. Die bevorzugte

Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass ein sehr komfortables Fahrgefühl beim Schalten entsteht. Vorzugsweise umfasst das Steuerungsverfahren eine Erfassung einer aktuellen

Trittfrequenz des Radfahrers. Die Steuerung des Motordrehmoments wird zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Trittfrequenz durchgeführt. Dadurch kann die Steuerung des Motordrehmoments an die Trittfrequenz des Radfahrers angepasst werden. Das Produkt aus dem Tretdrehmoment und der Trittfrequenz des Radfahrers repräsentiert außerdem die Leistung des Radfahrers. Die Steuerung des Motordrehmoments kann in dieser Ausgestaltung demnach in Abhängigkeit der Leistung des Radfahrers erfolgen. Dies weist den Vorteil einer für den Radfahrer angenehmeren Steuerung des

Motordrehmoments auf. In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Steuerung des Motordrehmoments nach einem Vergleich der erfassten Trittfrequenz mit einem Schwellenwert. Es sind insbesondere ein erster Schwellenwert bei einer niedrigen Trittfrequenz und ein zweiter Schwellenwert bei einer hohen Trittfrequenz vorgesehen. Der erste Schwellenwert repräsentiert ein bevorstehendes Schalten der Gangschaltung in ein kleineres Übersetzungsverhältnis. Beim Erreichen oder Überschreiten des ersten Schwellenwerts wird das Motordrehmoment reduziert. Der zweite Schwellenwert repräsentiert ein bevorstehendes Schalten der Gangschaltung in ein größeres

Übersetzungsverhältnis. Beim Erreichen oder Überschreiten des zweiten

Schwellenwerts wird das Motordrehmoment erhöht. Durch den Vergleich mit dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellwert der Trittfrequenz wird demnach eine bevorstehende Schaltung des Übersetzungsverhältnisses der Gangschaltung erkannt. Durch die Anpassung des Motordrehmoments vor der Schaltung des Übersetzungsverhältnisses können Drehmomentsprünge des Elektromotors beim Schalten minimiert werden. Gleichzeitig wird durch die Steuerung des

Motordrehmoments ein Schalten der Gangschaltung noch wahrscheinlicher. Dadurch resultiert eine auf das Fahrverhalten des Radfahrers abgestimmte Steuerung des Motordrehmoments beim Schalten.

Vorzugsweise erfolgt die Steuerung des Motordrehmoments stetig. Dadurch werden Sprünge des Motordrehmoments vermieden, wodurch vorteilhafterweise eine angenehme Kraftunterstützung für den Radfahrer resultiert.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Vergleich der erfassten Trittfrequenz mit mindestens einem weiteren Schwellenwert, wobei insbesondere ein dritter Schwellenwert und ein vierter Schwellenwert vorgesehen sind. Beim Erreichen oder Überschreiten des dritten Schwellenwerts wird eine Schaltung einer elektronisch steuerbaren Gangschaltung in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis durchgeführt. Beim Erreichen oder Überschreiten des vierten Schwellenwerts erfolgt eine Schaltung der elektronisch steuerbaren Gangschaltung in ein höheres Übersetzungsverhältnis. Durch die automatisierte Schaltung der Gangschaltung kann der beim Schalten typischerweise auftretende Drehmomentsprung minimiert und der Zeitschaltpunkt optimiert werden. Es entsteht ein sehr komfortables Fahrgefühl.

Vorzugsweise erfolgt die Schaltung der elektronisch steuerbaren Gangschaltung nach der Steuerung des Drehmoments des Elektromotors. Dadurch erfolgt eine Anpassung des Drehmoments des Elektromotors vor dem Schalten der Gangschaltung, wodurch der Drehmomentsprung beim Schalten minimiert und eine mit dem Fahrverhalten abgestimmte Motorsteuerung realisiert wird. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Steuergerät weist wenigstens eine Recheneinheit auf. Diese Recheneinheit erfasst eine das Tretdrehmoment des Radfahrers

repräsentierende Größe. Außerdem wird eine das eingelegte Übersetzungsverhältnis der Gangschaltung repräsentierende Größe erfasst. Die Recheneinheit erzeugt ein Steuersignal für den Elektromotor in Abhängigkeit des erfassten Tretdrehmomentes und des erfassten Übersetzungsverhältnisses. Ein erfindungsgemäßes Steuergerät steuert das Motordrehmoment für ein besonders angenehmes Fahrgefühl beim

Schalten der Gangschaltung. In einer weiteren Ausgestaltung erfasst die Recheneinheit eine die Trittfrequenz des Radfahrers repräsentierende Größe. Die Recheneinheit erzeugt das Steuersignal für den Elektromotor zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Trittfrequenz. Dies weist den Vorteil einer optimierten Anpassung der Drehmomentsteuerung an das Fahrverhalten des Radfahrers auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung erzeugt die Recheneinheit des Steuergerätes ein weiteres Steuersignal für eine elektronisch steuerbare Gangschaltung in Abhängigkeit des erfassten Tretdrehmoments und/oder der erfassten Trittfrequenz. Dadurch entsteht der Vorteil, dass das Steuergerät die Schaltung der Gangschaltung übernimmt und der Radfahrer sich beispielsweise verstärkt auf den Verkehr konzentrieren kann.

Vorzugsweise erfolgt die Schaltung in ein anderes Übersetzungsverhältnis durch das weitere Steuersignal in Abhängigkeit der Steuerung des Motordrehmoments. Durch die Kopplung der Steuerung des Drehmoments und einem Schalten der Gangschaltung kann ein sehr stetiger und sanfter Drehmomentverlauf für den Radfahrer realisiert werden.

Das erfindungsgemäße Elektrofahrrad umfasst wenigstens einen Elektromotor zur Kraftunterstützung des Radfahrers beim Antrieb des Elektrofahrrads. Außerdem sind ein erster Sensor zum Erfassen eines Tretdrehmomentes des Radfahrers und ein zweiter Sensor zum Erfassen eines eingelegten Übersetzungsverhältnisses der Gangschaltung am Elektrofahrrad angeordnet. Das Elektrofahrrad weist ein

Steuergerät zur Steuerung des Elektromotors in Abhängigkeit des erfassten

Tretdrehmomentes und des erfassten Übersetzungsverhältnisses auf. Das

erfindungsgemäße Elektrofahrrad realisiert vorteilhafterweise ein komfortables

Fahrgefühl beim Schalten des Übersetzungsverhältnisses.

In einer alternativen Ausgestaltung weist das Elektrofahrrad eine elektronisch steuerbare Gangschaltung auf. Das Steuergerät steuert in dieser Ausgestaltung die elektronische Gangschaltung in Abhängigkeit des Tretdrehmomentes und/oder der Trittfrequenz an. Die automatische Schaltung des Übersetzungsverhältnisses erlaubt es dem Radfahrer sich besser auf das Radfahren bzw. den Verkehr konzentrieren zu können, wodurch ein sichereres Radfahren und ein komfortableres Fahrgefühl entstehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert.

Figur 1 : Elektrofahrrad zur erfindungsgemäßen Durchführung des

Steuerungsverfahrens

Figur 2a: Ablaufdiagramm zum erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren der

Ansteuerung eines Elektromotors

Figur 2b: Ablaufdiagramm zum Steuerungsverfahren mit Ansteuerung bei Änderung eines Übersetzungsverhältnisses der Gangschaltung

Figur 2c: Ablaufdiagramm zum Steuerungsverfahren mit Schaltung einer

elektronisch steuerbaren Gangschaltung

Figur 3: Steuergerät zur erfindungsgemäßen Durchführung des

Steuerungsverfahrens

Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Elektrofahrrad 10 skizziert. Das Elektrofahrrad 10 weist einen

Akkumulator und einen Elektromotor 1 1 auf. Der Elektromotor 1 1 kann als Mittelmotor an der Kurbelwelle ausgeführt oder alternativ auch in der Nabe des Vorder- oder Hinterrades angeordnet sein. Das Elektrofahrrad 10 weist außerdem eine

Gangschaltung 14 zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses auf, d.h.

beispielsweise eine Naben- oder eine Kettenschaltung. Alternativ kann eine stufenlose Gangschaltung 14 vorgesehen sein. Die Schaltung der Gangschaltung 14 erfolgt bevorzugt mittels eines Schalthebels 18 am Lenker. Ein Steuergerät 16 steuert den Elektromotor 1 1 an. Das Steuergerät 16 kann, wie in Figur 1 dargestellt, bevorzugt am Lenker 19 oder alternativ am Akkumulator oder am Elektromotor 1 1 angeordnet sein. Die Erfassung des Tretdrehmomentes MFa h rer an der Kurbelwelle erfolgt bevorzugt durch einen ersten Sensor 12. Das eingelegte Übersetzungsverhältnis der

Gangschaltung 14 wird zweckmäßigerweise durch einen zweiten Sensor 15 erfasst, welcher beispielsweise an der Gangschaltung 14 oder am Schalthebel 18 der

Gangschaltung 14 angeordnet sein kann. Die Erfassung der Trittfrequenz K erfolgt mit einem optionalen, dritten Sensor 17 an bzw. in der Nähe der Kurbelwelle, der Kurbel oder den Pedalen.

Ketten- und Nabenschaltungen von Fahrrädern weisen meist diskrete

Übersetzungsverhältnisse i auf, wobei die Stufung der Gänge abhängig von der Bauart der Gangschaltung und dem Hersteller ist. Beispielsweise liegt das

Übersetzungsverhältnis einer Kettenschaltung mit einer 53/39-Kettenblatt-Kombination an der Kurbelwelle und einem Ritzelpaket mit 1 1 bis 21 Zähnen an der Hinterradnabe in diskreten Stufen zwischen 1 ,86 bis 4,82. Nabenschaltungen mit 3- bzw. 8-Gängen und stufenlose Gangschaltungen weisen ähnliche Übersetzungsverhältnisse wie die beschriebene Kettenschaltung auf. Die Räder eines Fahrrades drehen sich bei einem niedrigen Übersetzungsverhältnis von i = 2 demnach beispielsweise mit der doppelten Drehzahl der Trittfrequenz des Radfahrers.

Die Geschwindigkeit v eines Fahrrades lässt sich allgemein als Produkt aus dem eingelegten Übersetzungsverhältnis i der Gangschaltung 14, der Trittfrequenz K und dem äußeren Radumfang U ableiten. Dies gilt allgemein solange das Fahrrad aktiv angetrieben wird, d.h. kein Leerlauf oder ein Bremsen vorliegt. Beispielsweise wird durch das Treten eines Radfahrers bei einem Übersetzungsverhältnis von i = 2 mit einer Trittfrequenz von K = 80 rpm und einem äußeren Radumfang U = ca. 2,1 m (28" Zoll Rennradreifen) eine Geschwindigkeit v = ca. 20 km/h erreicht, siehe auch

Gleichung (2). v = K - i - U (2) Die Tretleistung PFahrer eines Radfahrers kann zum Zeitpunkt des Schaltens eines Übersetzungsverhältnisses näherungsweise gleichbleibend angenommen werden. Sie lässt sich als Produkt der Trittfrequenz K und des Tretdrehmomentes MFahrer des Radfahrers beschreiben, siehe Gleichung (3).

^ Fahrer = ^ Fahrer ' K (3)

Um beispielsweise bei einer Steigung auf der Fahrstrecke das Tretdrehmoment MFahrer zu reduzieren, schaltet der Radfahrer in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis i einer Gangschaltung 14, wobei sich gleichzeitig die Trittfrequenz K erhöht. Da beim Schalten nicht gebremst wird, bleibt die Geschwindigkeit v des Fahrrads zum unmittelbaren Zeitpunktpunkt des Schalten gleich (vi=V2). Die Trittfrequenz K ändert sich in

Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses i nach Gleichung (4) diskret, d.h.

beispielsweise in Abhängigkeit der Stufung der Gangschaltung.

=> K 2 = K X - (4)

Bei gleichbleibender Tretleistung PFahrer zum Zeitpunkt des Schaltens eines

Übersetzungsverhältnisses folgt eine Abhängigkeit des Tretdrehmoments MFahrer,2 von den Übersetzungsverhältnissen und 12 sowie dem Tretdrehmoment MFahrer.i nach Gleichung (5).

Fah rer.2 Fah rer.1 (5)

Die Steuerung des Elektromotors 1 1 von einem Elektrofahrrad erfolgt typischerweise im Stand der Technik in Abhängigkeit vom Tretdrehmoments MFahrer oder der

Trittfrequenz K des Radfahrers. Beispielsweise erfolgt die Ansteuerung in linearer Abhängigkeit des Tretdrehmomentes MFahrer und eines Assistenzverhältnisses a. Das Assistenzverhältnis α ist der Quotient aus dem Drehmoment MMotor des Elektromotors und einem Tretdrehmoment MFahrer des Radfahrers, siehe Gleichung (6). M Motor

' Fahrer

Beim Schalten eines Übersetzungsverhältnisses von auf ändern sich das

Tretdrehmoment MFahrer folglich diskret (siehe Gleichung (5)). Demnach ändert sich durch eine Ansteuerung mit einem konstantem Assistenzverhältnis α beim Schalten das Drehmoment MMotor des Elektromotors 1 1 ebenfalls diskret.

Bei einem Elektrofahrrad 10 repräsentiert die Gesamtleistung P Elektrofahrrad die Summe aus der Tretleistung PFahrer des Radfahrers und der Motorleistung PMotor, wobei die Motorleistung PMotor als Produkt aus dem Drehmoment MMotor des Elektromotors 1 1 und der Winkelgeschwindigkeit ω beschrieben werden kann. Die Winkelgeschwindigkeit ω entspricht für den Radfahrer der Trittfrequenz und es folgt Gleichung (7).

P Elektrofahrrad = P Fahrer + P Motor

= M Fahrer ' K + M Motor

Die Winkelgeschwindigkeit ω des Elektromotors 1 1 und die Trittfrequenz K des Radfahrers sind bei einem Elektrofahrrad 10 mit Mittelmotor gekoppelt, da zwischen beiden ein festes Übersetzungsverhältnis c vorliegt. Deshalb folgt mittels algebraischer Vereinfachungen Gleichung (8).

Die Gesamtleistung P Elektrofahrrad eines Elektrofahrrads mit Mittelmotor ist beim Schalten eines Übersetzungsverhältnisses mit einem konstanten Assistenzverhältnis α demnach ebenfalls konstant, weil das Produkt aus dem Tretdrehmoment MFahrer des Radfahrers und der Trittfrequenz K beim Schalten der Gangschaltung, wie oben beschrieben, als konstant anzunehmen ist (siehe Gleichungen (3) und (8)).

In Figur 2a ist ein mögliches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen

Steuerungsverfahrens 20 zur Steuerung des Elektromotors 1 1 eines Elektrofahrrads 10 dargestellt. In einem Schritt 21 wird ein Tretdrehmoment MFahrer eines Radfahrers erfasst. In einem weiteren Schritt 22 wird das eingelegte Übersetzungsverhältnis der Gangschaltung 14 erfasst. In einem weiteren Schritt 26 wird der Elektromotor 1 1 in Abhängigkeit des erfassten Tretdrehmomentes und des erfassten

Übersetzungsverhältnisses angesteuert. Durch die Steuerung des Elektromotors 1 1 wird ein Drehmoment MMotor Zum Antrieb des Elektrofahrrads erzeugt. Das

erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder wiederholt ablaufen.

Nach dem Schritt 22 kann in einem optionalen Schritt 24 die Trittfrequenz des

Radfahrers erfasst werden. In dieser Ausführung wird der Elektromotor 1 1 im Schritt 26 zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Trittfrequenz angesteuert.

In dem alternativen Ablaufdiagramm in Figur 2b ist ein weiterer Schritt 23 zum

Vergleich des erfassten Übersetzungsverhältnisses mit dem unmittelbar vorher erfassten Übersetzungsverhältnisses dargestellt. Ist das aktuell erfasste

Übersetzungsverhältnisses gleich dem vorher erfassten Übersetzungsverhältnisses , wird keine Änderung des Übersetzungsverhältnisses i erkannt und es erfolgt keine Anpassung des Motordrehmoments MMotor. Die Anpassung des Motordrehmomentes MMotor im Schritt 26 erfolgt nur nach dem Erkennen eines veränderten

Übersetzungsverhältnisses i. Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem

Ablaufdiagramm in Figur 2b kann kontinuierlich oder wiederholt ablaufen.

In einer Weiterbildung des Verfahrens nach dem Ablaufdiagramm in Figur 2b erfolgt die Anpassung des Motordrehmoments MMotor im Schritt 26 zur Realisierung einer gleichbleibenden Gesamtleistung P des Elektrofahrrads 10 unter der Prämisse eines konstanten Tretdrehmoments MFahrer des Radfahrers. Die Gesamtleistung P des Elektrofahrrads 10 umfasst eine Summe der Motorleistung PMotor und der Leistung PFahrer des Radfahrers. Die durch den Radfahrer ohne das Verfahren notwendige Anpassung des Tretdrehmoments MFahrer beim Schalten wird durch die Anpassung des Motordrehmoments MMotor kompensiert. Aus der Annahme eines konstanten

Tretdrehmoments MFahrer des Radfahrers beim Schalten folgt, dass in dieser

Weiterbildung der Erfindung beim Schalten vom Radfahrer lediglich die Trittfrequenz K an das neue Übersetzungsverhältnis der Gangschaltung 14 angepasst wird. Die Steuerung des Motordrehmoments MMotor erfolgt dabei in Abhängigkeit eines nicht konstanten Assistenzverhältnisses. Das Assistenzverhältnis a2 nach dem Schalten ist nach Gleichung (7) abhängig vom eingelegten Übersetzungsverhältnisses durch das Schalten und abhängig vom unmittelbar vorher eingelegten Übersetzungsverhältnisses ii sowie vom unmittelbar vorher verwendeten Assistenzverhältnis CM. Demnach erfolgt in dieser Ausgestaltung der Erfindung im Schritt 26 nach dem Schalten des

Übersetzungsverhältnis eine Änderung des Motordrehmoments MMotor, wobei das Assistenzverhältnis α beim Schalten in ein höheres Übersetzungsverhältnis gesteigert und beim Schalten in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis reduziert wird.

M Fakrer,X ' ( l + «1 ) " K l = M Fakrer,X ' ( l + «2 ) " K 2

=^> a 2 = ({Λl + a l \)-— - 11 ( 7 )

h

Dies bedeutet beispielsweise, dass beim Schalten eines Übersetzungsverhältnis von ii = 2 bei einem ursprünglichen Assistenzverhältnis von CM = 1 nach dem Schalten auf = 2,5 ein neues Assistenzverhältnis von 02 = 1 ,5 resultiert. Das Drehmoment MMotor des Elektromotors 1 1 wird in diesem Beispiel unmittelbar nach dem Schalten somit um 50 % erhöht. Die notwendige Trittfrequenz K erniedrigt sich entsprechend Gleichung (3) um 20 %. Der Radfahrer kann in diesem Beispiel, wie in der obigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, das Tretdrehmoment MFahrer beim Schalten konstant halten.

Im Ablaufdiagramm in Figur 2c ist eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. In dieser Ausgestaltung wird vor der Steuerung des

Motordrehmoments MMotor ein Schritt 24 zur Erfassung der Trittfrequenz K

durchgeführt. Außerdem wird in einem Schritt 25 nach der Erfassung der Trittfrequenz K und vor der Steuerung des Motordrehmoments MMotor die Trittfrequenz K mit vier Schwellenwerten verglichen. Liegt die Trittfrequenz zwischen dem ersten

Schwellenwertes Si und dem zweiten Schwellenwertes S2 erfolgt keine Anpassung des Motordrehmoments MMotor. Erreicht oder überschreitet die erfasste Trittfrequenz K den ersten Schwellenwert Si oder den zweiten Schwellenwert S2 so erfolgt im Schritt 26 die Steuerung des Motordrehmoments MMotor nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei diese Steuerung zusätzlich in Abhängigkeit der Trittfrequenz K erfolgen kann. Erreicht oder überschreitet die Trittfrequenz den dritten Schwellenwert S3 oder den vierten Schwellenwert S 4 erfolgt im Schritt 26 die Steuerung des Motordrehmoments MMotor und danach im Schritt 27 die Schaltung einer elektrisch steuerbaren

Gangschaltung 14 in ein anderes Übersetzungsverhältnis 12. Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Ablaufdiagramm in Figur 2c kann kontinuierlich oder wiederholt ablaufen.

In Figur 3 ist das erfindungsgemäße Steuergerät 16 dargestellt. Das Steuergerät 16 weist wenigstens eine Recheneinheit 32 auf. Die Recheneinheit 32 erfasst eine das Tretdrehmoment MFahrer repräsentierende Größe und eine das eingelegte

Übersetzungsverhältnis i repräsentierende Größe. Außerdem erzeugt die

Recheneinheit 32 ein Steuersignal für den Elektromotor 1 1 zur Anpassung eines Motordrehmoments MMotor. Das Steuergerät kann zum Erfassen von Größen eine Empfangseinheit 31 und zur Ausgabe des Sensorsignals eine Ausgabeeinheit 33 aufweisen. Optional erfasst die Recheneinheit 32 zusätzlich eine die Trittfrequenz K repräsentierende Größe. Die erfassten Größen können beispielsweise Sensorgrößen des ersten Sensors 12, des zweiten Sensors 15 und/oder des dritten Sensors 17 darstellen.